Brevet FR2899562A1 — publié le 20071012

Dispositif de commandes de vol d'un giravion. La présente invention est relative à un dispositif de commandes de vol d'un giravion et aux giravions comportant ce dispositif. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'hélicoptères. La présente invention concerne le système de commandes de vol d'un appareil à voilure tournante, en particulier la disposition des organes de commande dans le poste de pilotage. La configuration proposée permet d'améliorer l'interface homme machine, dans le cas d'utilisation de mini- manches latéraux pour commander le roulis et le tangage. Les hélicoptères sont généralement conçus de manière à ce que le pilote commande le roulis et le tangage avec la main droite par l'intermédiaire d'un manche cyclique, et l'axe vertical de la main gauche par l'intermédiaire du levier de commande de pas collectif. Jusqu'à aujourd'hui, les hélicoptères et les convertibles avec cockpit côte à côte utilisent cette configuration des organes de commande. Dans le cas d'un cockpit côte à côte avec mini-manches latéraux ( side-sticks ), cette configuration pose un problème majeur d'ergonomie pour le (co)pilote en place gauche. Le mini-manche installé à droite du siège gauche empêche le pilote en place gauche d'accéder facilement à la console centrale pour agir sur les commandes qui y sont implantées, telles que pilote automatique, systèmes de navigation et de mission. En effet, pour agir sur la console centrale, le pilote assis à gauche est obligé d'utiliser sa main droite, donc de lâcher le mini-manche. Il perd donc momentanément le contrôle du pilotage en roulis et en tangage contrairement au (co)pilote côté droit qui garde ce contrôle en main droite lorsqu'il agit avec sa main gauche sur la console centrale. De plus, dans ce mouvement qui lui impose de passer son bras au dessus du mini-manche, le pilote assis en place gauche risque de heurter la poignée du mini-manche et de déclencher des ordres de pilotage intempestifs pouvant s'avérer dangereux dans certaines circonstances, notamment en cas de vol à proximité d'obstacles. Il a été proposé dans le brevet FR-2 479 133 un système de commande d'hélicoptère à commandes de vol électriques ( CDVE ), qui comporte quatre axes de commande (tangage, roulis, lacet, sustentation) ; le système comporte un levier de commande de force sensible selon trois ou quatre axes de commande ; le traitement des signaux issus de chaque capteur de force comporte l'application d'une bande morte et une amplification proportionnelle et intégrale (PI). Le brevet FR-2 576 281 décrit un poste de pilotage d'aéronef pourvu d'un manche à balai latéral (mini-manche), et un siège dont un appui-bras est articulé. Le brevet FR-2 578 221 décrit un système de couplage mécanique de deux mini-manches latéraux de pilotage d'un aéronef. Le brevet US-5,137,234 décrit un autre dispositif de couplage mécanique de manches latéraux. Le brevet FR-2 754 515 décrit un système d'avertissement tactile en cas de pilotage multiple/simultané par deux pilotes utilisant deux manches 20 de commande mécaniquement indépendants. Malgré l'intérêt théorique de ces dispositifs, il persiste un besoin important de commandes de vol pour giravion qui soient plus ergonomiques. L'objectif principal de la présente invention est d'améliorer 25 l'ergonomie des commandes de pilotage sur un appareil à voilure tournante équipé d'un poste de pilotage côte à côte ( side-by-side cockpit ) et de mini-manches latéraux ( side-sticks ). Un autre objectif est également de simplifier l'installation et de réduire la masse des organes de commande, notamment les deux leviers de commande de pas général (ou de puissance) qui sont généralement couplés mécaniquement. Un autre objectif est de proposer un système de commandes de vol de giravion qui soit amélioré et/ou qui remédie, en partie au moins, aux lacunes et inconvénients des systèmes de commandes de vol connus. Selon un aspect, l'invention consiste à inverser la disposition des commandes en place gauche et de permettre ainsi au co-pilote (installé à gauche) de conserver le contrôle en roulis et en tangage même lorsqu'il agit sur la console centrale ; la gêne pouvant résulter de l'obligation, pour le co-pilote, de contrôler le roulis et le tangage avec sa main gauche est compensée par une loi de stabilisation (loi de pilotage) adaptée, qui est intégrée au calculateur de conduite de vol recevant les signaux des manches de commande. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un giravion comportant au moins un rotor principal de sustentation et d'avance et un poste de pilotage comprenant : un siège gauche et un siège droit disposés côte à côte et dont les axes respectifs d'implantation dans le cockpit sont séparés par un entraxe, - une console centrale s'étendant en partie au moins dans l'espace séparant les sièges ou dans le prolongement de cet espace, - deux mini-manches latéraux permettant aux pilote et co-pilote de contrôler le roulis et le tangage, le giravion comportant un système de commandes de vol comprenant des capteurs associés aux mini-manches et au moins un calculateur relié aux capteurs et convertissant les ordres appliqués par les pilotes sur les mini-manches en signaux de commande électrique ou optique d'actionneurs associés au rotor pour faire varier le roulis et le tangage, les mini-manches étant pour l'un situé à droite du siège droit et pour l'autre situé à gauche du siège gauche, et une loi de pilotage est intégrée au(x) calculateur(s) pour stabiliser la réponse du giravion en roulis et en tangage lorsqu'au moins un des pilotes agit sur l'un des mini-manches, et pour maintenir les assiettes de roulis et de tangage à des valeurs de référence lorsque les deux mini-manches sont lâchés, i.e. aucun n'est actionné. Selon un mode de réalisation de l'invention, le poste de pilotage inclut deux leviers ou organes permettant aux pilote et co-pilote de contrôler le pas général et la puissance motrice, les leviers/organes étant couplés mécaniquement ou électriquement, et étant pour l'un situé à gauche du siège droit et pour l'autre situé à droite du siège gauche. En particulier, les leviers/organes de commande de variation du pas collectif du rotor principal du giravion peuvent être couplés par une structure de couplage mécanique dont la longueur est inférieure à l'entraxe des sièges. Ainsi, l'invention est caractérisée notamment par une symétrie des commandes entre place droite et place gauche . Dans cette configuration pour appareil à voilure tournante, les commandes sont disposées comme suit dans le cockpit : - à la place (co)pilote côté droit du cockpit, un mini-manche latéral commandant au moins le roulis et le tangage est placé à droite du siège et un levier de commande de pas général (de puissance) est situé à gauche du siège ; - à la place (co)pilote côté gauche du cockpit, un mini-manche latéral commandant au moins le roulis et le tangage est placé à gauche du siège et un levier de commande de pas général (de puissance) est situé à droite du siège. Avec cette configuration, le pilote installé côté gauche peut facilement accéder à la console avec sa main droite tout en conservant en main gauche le contrôle du mini-manche. Cette facilité d'accès est par ailleurs identique à celle offerte au pilote installé en place droite. L'espacement latéral des deux leviers de commande de pas général est également réduit au minimum, ce qui facilite leur couplage mécanique lorsque nécessaire. Notamment, la longueur de l'arbre de conjugaison des leviers, d'ordinaire au moins égale à l'espacement inter-siège, devient voisine de la largeur de la console, ce qui permet un gain de masse significatif. D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention 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. La figure 1 présente un schéma illustrant en vue de dessus la configuration d'un hélicoptère selon l'invention ayant un poste de pilotage de type côte à côte et qui est muni d'un système de commandes de vol électriques (CDVE) avec mini-manches latéraux pour le contrôle du roulis et du tangage. La figure 2 présente un schéma simplifié du système de commandes de vol électriques ou optiques adapté à la configuration illustrée figure 1. Dans un mode de réalisation, l'invention s'applique à un hélicoptère ayant un poste de pilotage 22 de type côte à côte et muni d'un système de commande de vol électriques (CDVE) avec mini-manches 1 et 2 latéraux pour le contrôle du roulis et du tangage, comme illustré figure 1. Les liaisons entre les calculateurs, les capteurs d'état et servocommandes du système CDVE sont représentées figure 2. Par référence à la figure 1 notamment, le poste 22 de pilotage de giravion présente une symétrie générale selon un plan vertical antéropostérieur dont la trace dans le plan de la figure 1 est repérée 36. Le cockpit 22 comporte deux sièges 20, 21 faisant face à une planche de bord 31 disposée transversalement par référence à l'axe longitudinal 36 du giravion ; la planche de bord comportant les instruments usuels est complétée par une console 30 s'étendant en partie entre les sièges 20, 21, et en partie en avant des sièges. La distance 34 séparant les axes 32, 33 antéropostérieurs respectifs des sièges 20, 21 est supérieure à la distance 35 séparant les leviers 8, 9 de commande du pas collectif. Pour simplifier la description, on nommera les sièges droit 20 et gauche 21 respectivement siège pilote et siège co-pilote . Les membres d'équipage occupant le siège pilote et le siège co-pilote sont respectivement désignés par pilote et co-pilote . Un mini-manche 1 installé à droite du siège pilote 20 convertit en signaux électriques les ordres de roulis et tangage appliqués par le pilote avec sa main droite sur la poignée du mini-manche. Ces signaux électriques sont envoyés aux calculateurs CDVE 23 (fig. 2) qui, par l'intermédiaire des lois de pilotage, élaborent les ordres de commande des actionneurs 24, 25 respectivement associés au rotor principal et au rotor arrière pour faire varier l'assiette et la vitesse du giravion. Un mini-manche 2 installé à gauche du siège co-pilote 21 convertit en signaux électriques les ordres de roulis et tangage appliqués par le co- pilote avec sa main gauche sur la poignée du mini-manche. Ces signaux électriques sont également envoyés aux calculateurs CDVE, selon la même logique que ceux issus du minimanche 1. Deux blocs pédales (palonniers) 3 et 4 sont situés respectivement devant les sièges pilote et copilote et sont reliés entre eux par un système de couplage mécanique 5. Deux blocs capteurs de lacet 6 et 7 convertissent en signaux électriques les ordres de lacet appliqués par le pilote et/ou le co-pilote sur les blocs pédales 3 et 4. Ces signaux électriques sont envoyés aux calculateurs CDVE qui, par l'intermédiaire des lois de pilotage, élaborent les ordres de commande sur les rotors. Un levier de pas collectif 8 installé à gauche du siège pilote 20 que le pilote commande de sa main gauche, et un levier de pas collectif 9 installé à droite du siège co-pilote 21 que le co-pilote commande de sa main droite, sont reliés par un système mécanique 10, constitué d'un tube de torsion, installé entre les deux leviers collectifs, et assurant le couplage mécanique de leurs mouvements respectifs. Deux blocs capteurs de collectif 11 et 12 convertissent en signaux électriques les ordres de commande appliqués par le pilote et/ou le copilote sur les leviers de pas collectif 8 et 9. Par référence à la figure 2 notamment, les organes 1, 2, 6, 7, 11, 12 de commande et/ou les capteurs et actionneurs équipant ces organes, sont reliés au calculateur 23 par des liaisons 26 ; notamment dans le cas où l'organe de commande est un mini-manche actif, la liaison correspondante est bidirectionnelle. Le calculateur 23 reçoit des signaux ou données délivré(e)s par des capteurs 29 d'état de l'hélicoptère, par l'intermédiaire d'une liaison 27. Une liaison 28 reliant le calculateur 23 aux servocommandes 24, 25 de variation du pas des pales des rotors, sert à transmettre les ordres élaborés par le calculateur 23 en fonction des signaux qu'il reçoit. Le calculateur CDVE comporte des lois de pilotage réalisant l'élaboration des commandes d'axes (tangage, roulis, collectif, lacet) qui, après traitement par un module mélangeur, sont ensuite envoyées aux servocommandes des rotors et aux moteurs. Les lois de pilotage sont conçues pour à la fois pour stabiliser l'hélicoptère lorsque le pilote (ou co-pilote) n'exerce aucune action sur les commandes (mode dit hands-off ) et pour faciliter le pilotage lorsque le pilote (ou co-pilote) agit sur les commandes (mode dit hands-on ). Une loi de pilotage comporte en particulier au minimum les caractéristiques suivantes - un mode de tenue d'assiette qui maintient les assiettes de roulis et tangage à des valeurs de références en mode lâché ( hands-off ), et - un mode qui stabilise les réponses en roulis en tangage lorsque le pilote (ou co-pilote) agit sur les mini-manches 1, 2. Les caractéristiques de la loi de pilotage précitées permettent, par l'aide au pilotage qu'elle apportent, au co-pilote de contrôler avec précision et sans charge de travail excessive le roulis et le tangage en exerçant des actions avec sa main gauche sur le mini-manche gauche, ceci même s'il est droitier et/ou habitué à contrôler le roulis et tangage avec sa main droite. Selon une première variante, une loi de pilotage est agencée pour qu'à basse vitesse les actions longitudinales et latérales sur les mini-manches 1, 2 permettent respectivement de commander directement les vitesses longitudinales et latérales du giravion par rapport au sol. De manière générale, les loi de pilotage permettent à l'hélicoptère d'offrir à ses pilotes une facilité de pilotage se rapprochant de celle d'un avion et donc compatible avec un pilotage du roulis et du tangage indifféremment de la main gauche ou de la main droite. Selon une seconde variante, les deux leviers 8, 9 de pas collectif sont remplacés par deux mini-manches situés respectivement à gauche du siège droit (pilote) et à droite du siège gauche (co-pilote). Ils peuvent être couplés soit mécaniquement par un dispositif similaire aux leviers de pas de la version de base, soit électriquement. Dans ce dernier cas, les minimanches collectif doivent être de type actif c'est-à-dire que leur déplacement est lié à un moteur électrique asservi en position. Cette variante comporte donc quatre mini-manches (deux en place pilote, deux en place co-pilote). Selon une troisième variante, le poste de pilotage est dénué de palonniers et est équipé de deux mini-manches trois axes dans la même disposition (de part et d'autre des sièges). Les mini-manches trois axes permettent au pilote de contrôler à la fois le roulis, le tangage et le lacet. Plus précisément, le pilote (ou co-pilote) contrôle le lacet par un mouvement ou effort de torsion sur la poignée du mini-manche. Dans cette variante, une loi de pilotage stabilisatrice est introduite sur l'axe de lacet. Cette loi possède les caractéristiques suivantes : - en vol stationnaire et à basse vitesse, la vitesse angulaire de lacet est proportionnelle à l'action en torsion sur la poignée du mini-manche ; en l'absence d'action en torsion sur la poignée du mini-manche, le giravion maintient une vitesse angulaire de lacet nulle ; - en vol d'avancement, le facteur de charge latéral est proportionnel à l'action exercée en torsion sur la poignée du mini-manche ; en l'absence d'action en torsion sur la poignée du mini-manche, le giravion maintient un facteur de charge latérale nul. Selon une quatrième variante, le poste de pilotage est dénué de palonniers et de leviers de collectif, et est équipé de deux mini-manches quatre axes latéraux. Les mini-manches quatre axes permettent à chaque pilote de contrôler à la fois le roulis, le tangage, le lacet et le pas collectif. Plus précisément, le pilote (ou co-pilote) contrôle le collectif par un mouvement ou effort vertical sur la poignée du mini-manche. Dans cette variante, des lois de pilotage stabilisatrices sont prévues à la fois sur l'axe de lacet et sur l'axe collectif. Sur l'axe de lacet, la loi possède au moins les caractéristiques de celles nécessaires pour la troisième variante. Sur l'axe de collectif, la loi possède les caractéristiques suivantes : la vitesse verticale (taux de montée/descente) est proportionnelle à l'action exercée en vertical sur la poignée du mini-manche ; en l'absence d'action en vertical sur la poignée du mini-manche, le giravion maintient son altitude. L'invention présente notamment les avantages suivants : - meilleure ergonomie du poste de pilotage gauche, en particulier pour le co-pilote (installé à gauche) : - accès beaucoup plus aisé à la console centrale (l'obstacle constitué par le mini-manche traditionnellement installé à droite disparaît), - possibilité de continuer à piloter en roulis/tangage lors d'une action sur la console centrale (pilotage de la main gauche), -évacuation d'urgence par l'arrière facilitée, sans dispositif particulier (le collectif placé en position basse n'est pas gênant alors qu'un mini-manche dans la même position constitue un obstacle majeur et nécessite un dispositif d'escamotage pour l'évacuation d'urgence), -simplification de l'installation des organes de pilotage, en particulier grâce à la possibilité d'installer le mini-manche co-pilote sur la cloison gauche du poste de pilotage, évitant ainsi un montage sur piédestal (gain en encombrement et en masse), - réduction significative de la distance entre les deux leviers collectifs, d'où un couplage mécanique à la fois simple et plus léger. Bien entendu, dans la présente demande, les termes gauche et droit sont utilisés par référence à un observateur situé dans le giravion et regardant devant le giravion. REVENDICATIONS 1. Giravion comportant au moins un rotor principal de sustentation et d'avance et un poste (22) de pilotage comprenant : - un siège gauche (21) et un siège droit (20) disposés côte à côte et dont les axes (33, 32) respectifs d'implantation dans le cockpit sont séparés par un entraxe (34), une console centrale (30) s'étendant en partie au moins dans l'espace séparant les sièges ou dans le prolongement de cet espace, - deux mini-manches latéraux (1, 2) permettant aux pilote et co- pilote de contrôler le roulis et le tangage, le giravion comportant un système de commandes de vol comprenant des capteurs associés aux mini-manches et au moins un calculateur (23) relié aux capteurs et convertissant les ordres appliqués par les pilotes sur les mini-manches en signaux de commande électrique ou optique d'actionneurs (24,25) associés au rotor pour faire varier le roulis et le tangage, le giravion étant caractérisé en ce que les mini-manches sont pour l'un situé à droite du siège droit et pour l'autre situé à gauche du siège gauche, et en ce qu'au moins une loi de pilotage intégrée au calculateur stabilise la réponse du giravion en roulis et en tangage lorsqu'un minimanche est actionné et maintient les assiettes de roulis et de tangage à des valeurs de référence lorsque aucun mini-manche n'est actionné. 2. Giravion selon la revendication 1 dans lequel une loi de pilotage est agencée pour qu'à basse vitesse les actions longitudinales et latérales sur les mini-manches permettent respectivement de commander directement les vitesses longitudinales et latérales du giravion par rapport au sol. 3. Giravion selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le poste de pilotage inclut deux organes (8, 9) permettant aux pilote et co-pilote de contrôler le pas collectif et la puissance motrice, les organes étant couplés mécaniquement ou électriquement, les organes étant pour l'un situé à gauche du siège droit et pour l'autre situé à droite du siège gauche. 4. Giravion selon la revendication 3 dans lequel les organes sont deux leviers couplés par une structure (10) de couplage mécanique dont la longueur (35) est inférieure à l'entraxe. 5. Giravion selon la revendication 3 dans lequel les organes sont deux mini-manches actifs couplés électriquement. 6. Giravion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le poste de pilotage est dénué de palonnier (3, 4) et dans lequel les deux mini-manches latéraux permettent de contrôler trois axes du giravion, i.e. le roulis, le tangage, et le lacet. 7. Giravion selon la revendication 6 dans lequel une loi de pilotage sur l'axe de lacet, qui est intégrée au calculateur, assure les actions suivantes : - en vol stationnaire et à basse vitesse, la vitesse angulaire de lacet est proportionnelle à l'action en torsion sur la poignée du mini-manche, et en l'absence d'action en torsion sur la poignée du mini-manche, une vitesse de lacet nulle est maintenue, et - en vol d'avancement, le facteur de charge latéral est proportionnel à l'action exercée en torsion sur la poignée du mini-manche, et en l'absence d'action en torsion sur la poignée du mini-manche, un facteur de charge latérale nul est maintenu. 8. Giravion selon l'une des revendications 1 ou 2 ou 6 ou 7 dans lequel le poste de pilotage est dénué de palonniers et de leviers de collectif, et est équipé de deux mini-manches latéraux qui permettent à chaque pilote de contrôler quatre axes, i.e. à la fois le roulis, le tangage, le lacet et le pas collectif. 9. Giravion selon la revendication 8 dans lequel une loi de pilotage sur l'axe de pas collectif, qui est intégrée au calculateur, assure les actions suivantes : la vitesse verticale du giravion est proportionnelle à l'action exercée en vertical sur la poignée du mini-manche, et en l'absence d'action en vertical sur la poignée du mini-manche, l'altitude du giravion est maintenue.