Brevet FR2911682A1 — publié le 20080725

L'invention concerne un procédé et un dispositif d'estimation de la pression statique d'une masse d'air en vue notamment de la détermination de la vitesse d'un aéronef dans cette masse d'air. On cherche couramment à déterminer la pression statique de la masse d'air dans laquelle un aéronef évolue afin de pouvoir la soustraire à la pression totale mesurée par l'aéronef en mouvement, ce qui donne, par le biais de la pression dynamique ainsi obtenue, une indication de la vitesse de l'aéronef dans l'air (couramment dénommée CAS de l'anglais "Calibrated Airspeed'). La demande de brevet FR 2 857 554 décrit un système dans ce contexte. La pression statique est usuellement estimée au moyen de capteurs de pression statique (parfois dénommés selon l'appellation anglaise "Static ports"), généralement placés sous le fuselage et qui donnent chacun une mesure de la pression statique locale, en général avec application d'une correction pour tenir compte de l'inclinaison de l'aéronef (incidence aérodynamique ou angle d'assiette), de sa vitesse (nombre de mach) et de sa configuration aérodynamique. On a toutefois constaté que la proximité du sol, en particulier lors des phases de décollage et d'atterrissage, entrainait une erreur de mesure de la pression statique du fait de la modification de la trajectoire des filets d'air sur le fuselage par effet de sol. Cette erreur sur la pression statique est gênante en particulier lorsque cette dernière est utilisée pour déterminer la vitesse de l'aéronef dans l'air : l'erreur sur la pression statique se traduit alors par une réduction de la vitesse estimée par rapport à la vitesse réelle, phénomène communément appelé "trou du Badin". Afin d'éviter ces erreurs d'estimation de la pression statique, et par conséquent de la vitesse de l'aéronef dans l'air, l'invention propose un dispositif d'estimation de la pression statique d'une masse d'air reposant sur un sol et traversée par un aéronef, comprenant des moyens de mesure d'une pression statique locale, caractérisé par des moyens pour déterminer une pression statique corrigée sur la base de la pression statique locale et d'une information de hauteur indicative de la hauteur de l'aéronef par rapport au sol. La prise en compte de la hauteur par rapport au sol permet d'appliquer une correction compensatrice de l'effet de sol. Les moyens pour déterminer la pression statique corrigée comprennent par exemple des moyens pour appliquer un facteur correctif d'amplitude décroissante en fonction de ladite information de hauteur. La compensation de l'effet de sol diminue ainsi avec la hauteur. On peut d'ailleurs prévoir que ce facteur correctif est nul lorsque l'information de hauteur est supérieure à une valeur prédéterminée. Ainsi, la compensation de l'effet de sol n'est pas appliquée au-delà de la valeur d'altitude prédéterminée. Le facteur correctif peut en outre dépendre d'une information d'incidence de l'aéronef ; le facteur correctif est ainsi par exemple nul lorsque l'information d'incidence est inférieure à un seuil prédéterminé, ce qui permet notamment d'éviter un déclenchement intempestif de la correction lors du roulage précédent le décollage. Le facteur correctif peut également dépendre d'un nombre de mach local déterminé sur la base de la pression statique locale et d'une information de pression totale. L'invention propose également un dispositif de détermination d'une vitesse d'un aéronef dans une masse d'air reposant sur un sol, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'estimation de la pression statique de la masse d'air comme évoqué ci-dessus, des moyens d'estimation d'une pression totale subie par l'aéronef et des moyens pour déterminer ladite vitesse sur la base de la pression statique corrigée et de ladite pression totale. On propose aussi un aéronef équipé de tels dispositifs. De manière analogue, l'invention propose un procédé d'estimation de la pression statique d'une masse d'air reposant sur un sol et traversée par un aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mesure d'une pression statique locale ; - détermination d'une pression statique corrigée sur la base de la pression statique locale et d'une information de hauteur indicative de la hauteur de l'aéronef par rapport au sol. L'invention propose en outre un procédé de détermination d'une vitesse d'un aéronef dans une masse d'air reposant sur un sol, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes du procédé qui vient d'être évoqué et les étapes suivantes : - estimation d'une pression totale subie par l'aéronef ; -détermination de ladite vitesse sur la base de la pression statique corrigée et de la pression totale. Ces procédés peuvent inclure des caractéristiques optionnelles équivalentes à celles proposées ci-dessus pour les dispositifs et les avantages qui en découlent. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un dispositif de détermination de la vitesse d'un aéronef dans l'air comprenant un dispositif d'estimation de la pression statique 15 conforme aux enseignements de la présente invention ; - la figure 2 représente l'amplitude d'un facteur correctif de la pression statique en fonction de la hauteur de l'aéronef par rapport au sol ; - la figure 3 représente les valeurs proposées pour le facteur correctif (au niveau du sol) en fonction de l'incidence de l'aéronef et du nombre de mach 20 local. La figure 1 représente les éléments principaux d'un dispositif de détermination de la vitesse d'un aéronef dans l'air (généralement dénommée CAS comme vu ci-dessus) selon un exemple de réalisation de l'invention. Un capteur de pression statique Psi, situé par exemple sur le fuselage 25 de l'aéronef, mesure la pression statique locale et délivre ainsi une information de pression statique locale (également dénommée Psi dans la suite par mesure de simplification). Un capteur de pression totale Ptot (parfois dénommé "tube de Pitot'), en général situé en partie avant du fuselage, mesure la pression totale résultant de la 30 combinaison de la pression statique de la masse d'air traversée par l'avion et de la pression dynamique créée par le déplacement de l'aéronef dans cette masse d'air. Le capteur de pression totale Ptot délivre ainsi une information de pression totale (également dénommée dans la suite Ptot par mesure de simplification). L'information de pression statique locale Psi et l'information de pression totale Ptot sont notamment transmises à un module Mlocal de détermination du nombre de mach local qui détermine la vitesse en nombre de mach associée à la pression statique locale Psi et à la pression totale Ptot mesurées. Ce nombre de mach Mlocal est obtenu sans application d'aucune correction ; de ce fait, il est dénommé "nombre de mach local Mlocal" et ne correspond pas à un nombre de Mach réel de l'avion. Le module Mlocal détermine par exemple le nombre de mach local selon la relation de Saint-Venant : Ptot/Psi = (1+0,2.Mlocal2)3'5 L'information de pression statique locale Psi est également transmise à un module de correction CORR qui applique un facteur correctif à la pression statique locale Psi afin d'obtenir une pression statique corrigée Pcorr comme décrit ci-après. Le module de correction CORR reçoit également l'information de nombre de mach local Mlocal déjà mentionnée, ainsi que les autres informations suivantes : - une information d'incidence a représentative de l'incidence de l'avion dans la masse d'air ; - une information de hauteur alt représentative de la hauteur (ou altitude) de l'avion par rapport au sol ; - une information de configuration des becs et volets conf ; une information gear représentative de la sortie éventuelle des trains d'atterrissage de l'avion. Grâce à ces différentes informations, le module de correction CORR calcule la pression corrigée Pcorr selon la formule : Pcorr=Psi.(1 +G+Gground.x+Ggear), où G représente un facteur correctif usuel qui dépend de l'information d'incidence a, du nombre de mach local Mlocal et de l'information de configuration conf ; Gground est un facteur correctif de l'effet de sol qui dépend de l'information d'incidence a et du nombre de mach local Mlocal comme expliqué ci-après ; est un facteur déterminant l'amplitude de la correction de l'effet de sol en fonction de l'information alt de hauteur de l'avion par rapport au sol ; et Ggear est un facteur correctif dépendant de la présence ou de l'absence du train d'atterrissage conformément à l'information gear. L'utilisation du facteur permet de moduler l'amplitude de la correction Gground liée à l'effet de sol en fonction de la hauteur de l'avion par rapport au sol et est de ce fait une fonction décroissante de cette hauteur par rapport au sol, telle que la fonction donnée à titre d'exemple en figure 2. On remarque dans cet exemple que l'amplitude de la correction de la pression statique locale liée à l'effet de sol Gground.x diminue fortement avec la hauteur par rapport au sol jusqu'à environ 30 m (soit environ 100 pieds), continue à décroître, mais avec un rythme plus faible, jusqu'à environ 160 m (ici précisément 500 pieds), après quoi aucune correction liée à l'effet de sol n'est plus appliquée à la pression statique locale P5i (c'est-à-dire que x=0 pour des altitudes supérieures à 500 pieds). La figure 3 représente des valeurs possibles pour le facteur correctif Gground en fonction de l'incidence a et du nombre de mach local Mlocal. On remarquera tout d'abord que la correction est nulle tant que l'angle d'incidence est inférieur à une valeur seuil de quelques degrés (par exemple comprise entre 1 et 5 ). Ce seuil de déclenchement de la correction compensatrice de l'effet de sol permet notamment d'éviter un déclenchement inopiné de la correction lors du roulement de l'avion au décollage (où la robustesse du système prime sur la correction d'effet de sol). De manière symétrique, le seuil permet de supprimer la correction d'effet de sol lors de l'arrondi précédent le toucher des roues à l'atterrissage. On pourrait d'ailleurs à cet égard envisager lors de l'atterrissage une valeur différente pour le seuil de celle prévue lors du décollage. Comme illustré sur la figure 3, on prévoit par exemple que la correction de la pression statique liée à l'effet de sol implique une variation dont l'amplitude augmente avec l'incidence et avec le nombre de mach local Mlocal. Le dispositif de détermination de la vitesse représenté à la figure 1 contient enfin un module CAS de calcul de la vitesse qui reçoit en entrée la pression statique corrigée Pcorr et la pression totale Ptot et détermine par exemple la vitesse de l'avion dans l'air CAS exprimée en knots selon la formule : CAS = Ptot ù Pcorr 1013.25 x 661.4. 5x 2 3.5 On remarque que la pression totale utilisée pour le calcul de la vitesse au sein du module CAS est ici la pression totale Ptot mesurée. On pourra naturellement prévoir d'appliquer des traitements (par exemple des corrections) à cette information de pression totale. Certains des éléments de la figure 1 décrits ci-dessus, et en particulier les modules CAS, Mlocal et CORR, sont par exemple en pratique mis en oeuvre au moyen de systèmes électroniques, tels que des microprocesseurs, par exemple au sein d'une unité de calcul généralement présente dans les avions sous le vocable d'ADC (Air Data Computer) ou encore d'ADIRU (pour "Air Data and Inertial Reference Unit'). Dans ce contexte, les valeurs, en fonction des paramètres, des différents facteurs correctifs présentés ci-dessus (dont Gground et x) sont par exemple stockées sous forme de table de correspondance dans des mémoires associées aux systèmes électroniques. Par ailleurs, l'exemple décrit ci-dessus utilise un seul capteur de pression statique et un seul capteur de pression totale, mais on pourrait naturellement envisager d'utiliser des capteurs redondants ou couplés, soit afin d'obtenir une valeur moyenne issue des différentes mesures, soit pour obtenir l'information de vitesse CAS sur des voies indépendantes comme classique en aéronautique. Le mode de réalisation qui précède n'est naturellement qu'un exemple possible pour la mise en oeuvre de l'invention. En particulier, les figures 2 et 3 représentent des valeurs possibles pour Gground et ; ces valeurs pourront naturellement être modifiées, par exemple par modélisation et/ou grâce à des essais en vol, afin d'être adaptées à la compensation de l'effet de sol de l'aéronef concerné. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'estimation de la pression statique d'une masse d'air reposant sur un sol et traversée par un aéronef, comprenant des moyens de mesure d'une pression statique locale (Psi), caractérisé par des moyens (CORR) pour déterminer une pression statique corrigée (Pcorr) sur la base de la pression statique locale (Psi) et d'une information de hauteur (alt) indicative de la hauteur de l'aéronef par rapport au sol. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (CORR) pour déterminer la pression statique corrigée comprennent des moyens pour appliquer un facteur correctif (Gground.x) d'amplitude décroissante en fonction de ladite information de hauteur (alt). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le facteur correctif est nul lorsque l'information de hauteur est supérieure à une valeur prédéterminée. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le facteur correctif dépend d'une information d'incidence de l'aéronef. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le facteur correctif est nul lorsque l'information d'incidence est inférieure à un seuil prédéterminé. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le facteur correctif dépend d'un nombre de mach local (Mlocal) déterminé sur la base de la pression statique locale (Psi) et d'une information de pression totale (Ptot). 7. Dispositif de détermination d'une vitesse d'un aéronef dans une 25 masse d'air reposant sur un sol, caractérisé en ce qu'il comprend ; - un dispositif d'estimation de la pression statique de la masse d'air conforme à l'une des revendications 1 à 6 ; - des moyens d'estimation d'une pression totale (Ptot) subie par l'aéronef ;- des moyens pour déterminer ladite vitesse (CAS) sur la base de la pression statique corrigée (Pcorr) et de ladite pression totale (Ptot). 8. Aéronef caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7. 9. Procédé d'estimation de la pression statique d'une masse d'air reposant sur un sol et traversée par un aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mesure d'une pression statique locale (Psi) ; -détermination d'une pression statique corrigée (Pcorr) sur la base de 10 la pression statique locale (Psi) et d'une information de hauteur (ait) indicative de la hauteur de l'aéronef par rapport au sol. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de détermination d'une pression statique corrigée (Pcorr) comprend une étape d'application d'un facteur correctif (Gground.x) d'amplitude décroissante en 15 fonction de l'information de hauteur. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le facteur correctif est nul lorsque l'information de hauteur est supérieure à une valeur prédéterminée. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le 20 facteur correctif dépend d'une information d'incidence de l'aéronef. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le facteur correctif est nul lorsque l'information d'incidence est inférieure à un seuil prédéterminé. 14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce 25 que le facteur correctif dépend d'un nombre de mach local (Mlocal) déterminé sur la base de la pression statique locale et d'une information de pression totale. 15. Procédé de détermination d'une vitesse d'un aéronef dans une masse d'air reposant sur un sol, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes du procédé selon l'une des revendications 9 à 14 et les étapes suivantes :-estimation d'une pression totale (Ptot) subie par l'aéronef ; -détermination de ladite vitesse (CAS) sur la base de la pression statique corrigée (Pcorr) et de la pression totale (Ptot).