Brevet FR2954488A1 — publié le 20110624

La présente invention concerne un procédé de détermination d'une déformée d'une voilure d'aéronef et un aéronef équipé pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'une des préoccupations principales des cons- tructeurs aéronautiques est de réduire la masse des aéronefs afin notamment de limiter la consommation en carburant. Les gains de poids visent toutes les parties de l'aéronef, notamment la structure de celui-ci à savoir le fuselage et la voilure et plus particulièrement les ailes en ce qui concerne les avions. L'allègement des ailes conduit à une diminution de la rigidité des ailes. Cette diminution de la rigidité des ailes a plu-sieurs conséquences . - les ailes subissent des cycles de déformation importants entraînant des sollicitations mécaniques qui risquent de conduire à une usure prématurée de la structure de l'aile, - les déformations sont telles qu'elles peuvent modifier l'écoulement de l'air sur les ailes. Il a donc été envisagé de mesurer les déformées des ailes de manière à, par exemple : - établir un historique des charges subies par les ailes pour évaluer le vieillissement des ailes et prévoir des opérations de maintenance en conséquence, et/ou - adapter le pilotage de l'aéronef aux charges subies en temps réel par les ailes pour optimiser l'écoulement de l'air autour des ailes. Ceci permettrait en outre de déterminer l'influence, sur la portance et la charge des ailes, de certains flux d'air non modélisables tels que les bourrasques. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de détermination d'une déformée d'une voilure d'un aéronef comportant un fuselage dans lequel est fixé une centrale inertielle de navigation agencée pour déterminer des attitudes et positions de l'aéronef, le procédé comprenant les étapes de : - initialiser, sur la centrale inertielle de na- vigation, au moins une centrale inertielle additionnelle qui est solidaire d'une partie de voilure, - déterminer une position de ladite partie de l'aile à partir de mesures de la centrale inertielle additionnelle et comparer les positions déterminées par la centrale inertielle de navigation et par la centrale inertielle additionnelle pour déterminer l'attitude de la partie de voilure, et donc par écart avec l'attitude de l'aéronef, la déformée de la voilure. La position de la centrale inertielle addition- pelle est constante par rapport à la centrale inertielle de navigation à la déformée de la voilure près. La différence de position entre la centrale inertielle additionnelle et la centrale inertielle de navigation permet donc de déterminer en continu l'attitude de la partie de voi- Lure, et donc, par écart avec l'attitude de l'aéronef, la déformée de la voilure. L'invention est particulièrement intéressante en ce que, comme la centrale inertielle additionnelle est alignée sur la centrale inertielle de navigation, il est possible d'utiliser une centrale iner- tielle additionnelle qui possède une précision inférieure à une précision de la centrale inertielle de navigation, la précision influant surtout sur les performances et de la stabilité des capteurs de la centrale inertielle à long terme. La relativement faible précision de la cen- traie inertielle additionnelle ne joue pas sur la mesure de la déformée qui bénéficie de la précision, en ce qui concerne le long terme, de la centrale inertielle de navigation. Il est ainsi possible d'obtenir des mesures ayant une précision correspondant à celle de la centrale inertielle de navigation, typiquement de l'ordre du dixième de degré, en utilisant une centrale inertielle additionnelle de moindre précision, et donc, d'un encombrement, d'une masse et d'une consommation faibles, compatibles d'une intégration dans l'aile d'un aéronef. La centrale inertielle additionnelle est par exemple une centrale inertielle de type MEMS pour Microelectromechanical Systems (Microsystèmes électromécaniques). L'invention a également pour objet un aéronef comportant un fuselage, une voilure et une centrale iner- tielle de navigation solidaire du fuselage. L'aéronef comprend une centrale inertielle additionnelle solidaire d'une partie de voilure et un calculateur relié aux centrales inertielles et agencé pour mettre en oeuvre le pro-cédé ci-dessus décrit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limita-tif de l'invention. Il sera fait référence à la figure unique annexée représentant schématiquement un aéronef agencé pour la mise en oeuvre de l'invention. L'aéronef conforme à l'invention est un aéronef à voilure fixe, comportant un fuselage 1 à partir duquel s'étend la voilure de l'aéronef, ici deux ailes 2. Une centrale inertielle de navigation 3 est solidaire du fuselage 1 et des centrales inertielles additionnelles 4 sont solidaires des extrémités libres de chacune des ailes 2. La centrale inertielle de navigation 3 est agencée pour déterminer l'attitude de l'aéronef, sa position et sa vitesse. Ces informations sont utilisées pour le pilotage de l'avion et pour maintenir l'avion sur sa route. La centrale inertielle de navigation 3 peut être associée à un système de positionnement par satellites par exemple de type GPS ou Galileo pour réaliser une navigation dite hybride. Les centrales inertielles addi- tionnelles 4 sont agencées pour déterminer l'attitude et la position de la partie d'aile sur laquelle elles sont fixées. Les centrales inertielles additionnelles 4 ont une précision inférieure à celle de la centrale iner- tielle de navigation 3. Les centrales inertielles additionnelles 4 ont des accéléromètres dont la stabilité à court terme est de l'ordre de quelques mg de manière à avoir une précision de l'ordre de 0,1° en terme d'écart entre les attitudes déterminées par chaque centrale iner- tielle additionnelle 4 et la centrale inertielle de navi- gation 3. Les centrales inertielles additionnelles 4 et la centrale inertielle de navigation 3 sont reliées à un calculateur 5 agencé pour mettre en oeuvre un procédé de détermination de la déformée des ailes 2. La liaison des centrales inertielles 3, 4 au calculateur 5 est ici une liaison filaire, la liaison peut également être une liai-son sans fil de type hertzienne ou autre. Le procédé débute par l'étape d'initialiser les centrales inertielles additionnelles 4 sur la centrale inertielle de navigation 3. La position et l'attitude des centrales inertielles additionnelles sont calées sur celles de la centrale inertielle de navigation. Il est ensuite déterminé une position de l'extrémité de chaque aile à partir de mesures de la centrale inertielle additionnelle 4 solidaire de ladite extrémité et comparer les positions déterminées par la centrale inertielle de navigation 3 et par la centrale inertielle additionnelle 4. Les mesures provenant des centra- les inertielles additionnelles et de la centrale inertielle de navigation sont alors utilisées pour déterminer en continu l'attitude de chaque aile 2, l'attitude du fuselage 1 de l'aéronef, et l'écart entre celles-ci qui équivaut à la déformée de chaque aile 2. Cette procédure d'alignement continu est connue en elle-même notamment dans le cadre de l'alignement en position et en angle d'une centrale inertielle d'un véhicule embarqué (comme un missile) sur la centrale inertielle d'un véhicule porteur (comme un avion). Elle est augmentée du fait que l'aile ne se déforme que suivant deux axes (en torsion et en fléchissement), et que la dé-formée de l'aile est nulle suivant un axe perpendiculaire à sa surface locale. Il est réalisé une intégration des navigations effectuées par chaque centrale inertielle additionnelle 4 et la centrale inertielle de navigation 3. Les résultats de ces intégrations sont ensuite comparés, par exemple au moyen d'un filtrage de Kalman, et la position de chaque centrale inertielle additionnelle 4 est recalée par rap- port à la position de la centrale inertielle de navigation 3. En particulier, on utilise les mesures provenant de la centrale inertielle de navigation 3 pour maintenir les centrales inertielles additionnelles 4 sur le bon cap. Ceci permet d'éliminer les dérives à long terme des capteurs des centrales inertielles additionnelles 4 et de déterminer des coefficients correcteurs qui seront appliqués aux mesures des centrales inertielles additionnelles 4. Les mesures provenant des centrales inertielles additionnelles 4 permettent ainsi de calculer à un instant donné les positions des centrales inertielles additionnelles 4 et de les comparer à la position de la centrale inertielle de navigation 3 au même instant pour dé-terminer l'écart entre ces positions. Connaissant la po- sition théorique des centrales inertielles additionnelles 4 par rapport à la centrale inertielle de navigation 3, il est aisé de déduire dudit écart l'attitude de l'aile, et donc par écart avec l'attitude de l'aéronef, la déformée de l'aile. L'utilisation de mesures de centrales addition- nelles montées sur chaque aile permet d'améliorer l'intégrité du système. Les déformées sont mesurées avec une précision de l'ordre du mrad et à une fréquence de quelques dizaines de Herz. Avantageusement, la détermination de la déformée est réalisée avec une bande passante au moins égale à 50 Hz. La bande passante est compatible avec les boucles de pilotage de l'aéronef. La mesure de la déformée peut ain- si être efficacement prise en compte pour le pilotage de l'aéronef. Lorsque plusieurs centrales inertielles additionnelles sont réparties le long de l'aile, elles permettent la mesure de déformées locales et il est possible de dis- tinguer une déformée résultant d'une flexion simple, d'une flexion double présentant un noeud intermédiaire, d'une torsion, ou d'une combinaison de celles-ci. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, le nombre et la position des centrales inertielles additionnelles peuvent être différents de ceux mentionnés dans le mode de réalisation décrit. Bien que le montage de la centrale inertielle additionnelle à l'extrémité libre des ailes soit avantageux car l'éloignement des centrales inertielles amplifie les écarts dus à une déformation par un effet de bras de levier et/ou d'addition de déformée locale, la centrale inertielle additionnelle peut être montée sur toute partie d'aile dont on veut apprécier les mouvements résultant de déformations. Il est possible de prévoir, en plus ou à la place des centrales inertielles additionnelles montées sur les extrémités des ailes, des centrales additionnelles notam- ment positionnées sur la partie centrale des ailes et/ou au niveau des bords de celles-ci. Une seule des ailes peut être équipée d'une centrale inertielle additionnelle. Bien que l'invention ait été décrite en application à un aéronef à voilure fixe, l'invention est applicable à d'autres types d'aéronefs et notamment à des aéronefs à voilure tournante comme des hélicoptères. La centrale inertielle additionnelle peut alors être fixée à une extrémité d'une des pales de l'aéronef et se déplace par rapport au fuselage sensiblement le long d'un cercle de rayon connu correspondant à la longueur de la pale et permettant un recalage de la centrale inertielle additionnelle sur la centrale inertielle de navigation. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'une déformée d'une voilure (2) d'un aéronef comportant un fuselage (1) dans lequel est fixé une centrale inertielle de navigation (3) agencée pour déterminer des attitudes et positions de l'aéronef, le procédé comprenant les étapes de : - initialiser, sur la centrale inertielle de navigation, au moins une centrale inertielle additionnelle (4) qui est solidaire d'une partie de voilure, - déterminer une position de ladite partie de l'aile à partir de mesures de la centrale inertielle additionnelle et comparer les positions déterminées par la centrale inertielle de navigation et par la centrale inertielle additionnelle pour déterminer l'attitude de la partie de voilure, et donc par écart avec l'attitude de l'aéronef, la déformée de la voilure. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination de la déformée est réalisée avec une bande passante au moins égale à 50 Hz. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la comparaison est effectuée au moyen d'un filtre de Kalman. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les positions calculées par plusieurs centrales inertiel-les additionnelles (4) sont utilisées pour déterminer une déformée locale. 5. Aéronef comportant un fuselage (1), une voilure (2) et une centrale inertielle de navigation (3) so- lidaire du fuselage, caractérisé en ce qu'il comprend une centrale inertielle additionnelle (4) solidaire d'une partie de voilure et un calculateur (5) relié aux centra-les inertielles et agencé pour mettre en oeuvre le procédé conforme à l'une quelconque des revendications précéden- tes. 6. Aéronef selon la revendication 5, dans lequel la centrale inertielle additionnelle (4) est fixée à une extrémité libre de l'aile (2). 7. Aéronef selon la revendication 5, comportant plusieurs centrales inertielles additionnelles (2). 8. Aéronef selon la revendication 7, dans lequel les centrales inertielles additionnelles (4) sont réparties le long de l'aile (2). 9. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la voilure comprend deux ailes et une des centrales inertielles additionnelles (4) est fixée sur chacune des ai-les (2) de l'aéronef.