Brevet FR2976071A1 — publié le 20121207

Système de iaugeaqe d'un liquide contenu dans un réservoir d'un hélicoptère, hélicoptère et procédé de jaugeage. La présente invention concerne un système de jaugeage d'un liquide contenu dans un réservoir d'hélicoptère, un hélicoptère et 5 un procédé de jaugeage. Plus particulièrement, l'invention se situe dans le domaine technique restreint des systèmes de jaugeage des réservoirs démontables à paroi rigide. En effet, un aéronef, et notamment un hélicoptère, est 10 usuellement muni d'au moins un réservoir de carburant présent en permanence sur l'aéronef. Selon une réalisation, le réservoir de carburant est délimité par des parois souples, par exemple à base d'un matériau à choisir parmi le groupe des élastomères. Un tel réservoir est parfois 15 dénommé « réservoir souple ». Selon une réalisation alternative, le réservoir de carburant est délimité par des parois rigides. On nomme par commodité un tel réservoir « réservoir démontable à paroi rigide» ou encore « réservoir rigide » par commodité. 20 Par ailleurs, on connaît des réservoirs de convoyage disposés temporairement dans l'aéronef pour une mission particulière. De tels réservoirs de convoyage sont généralement des réservoirs démontables à paroi rigide. Selon un autre aspect, il est courant d'utiliser un système de 25 jaugeage pour déterminer la quantité de liquide contenu dans un réservoir d'aéronef afin d'en informer l'équipage de cet aéronef. Parmi les systèmes connus, on distingue les dispositifs faisant appel à au moins un flotteur, les systèmes mettant en oeuvre un émetteur-récepteur d'ultrasons, ou encore les systèmes mettant en oeuvre des cannes de jaugeage capacitives De telles cannes de jaugeage incluent parfois deux tubes concentriques métallisés symbolisant les armatures d'un condensateur. Le liquide contenu entre les deux armatures représente alors un moyen diélectrique d'un condensateur dans la partie immergée de la canne de jaugeage, l'air représentant ce moyen diélectrique dans la partie émergée de la canne de jaugeage. La constante diélectrique du liquide, et notamment du carburant, étant plus élevée que la constante diélectrique de l'air, la capacité électrique résultante de la canne de jaugeage dépend du niveau du liquide. Ces solutions sont toutes intéressantes. Toutefois, on constate qu'il est nécessaire de connaître la géométrie du réservoir pour déduire la quantité de liquide contenu dans le réservoir à partir des mesures effectuées par un flotteur, un émetteur-récepteur d'ultrasons ou encore une canne de jaugeage en fonction de la réalisation. Dans le cadre d'un réservoir présent en permanence sur un aéronef, ce constat n'est pas gênant. Par contre, les réservoirs de convoyage peuvent être amenés à être régulièrement modifiés et remplacés par leurs concepteurs en fonction des besoins des utilisateurs On comprend qu'il peut être gênant de devoir définir un système de jaugeage pour chaque réservoir de convoyage. En outre, ces systèmes de jaugeage sont intrusifs, à savoir au moins partiellement agencés dans le réservoir, et donc susceptibles d'être potentiellement destructeurs en cas d'accident. Les constructeurs prennent alors des dispositions onéreuses pour éviter des incidents durant ces situations extrêmes On note que l'arrière plan technologique inclut notamment les documents EP 2 063 235, FR 2 672 389 et US 2011/0010070. Le document EP 2 063 235 suggère de déterminer une masse de carburant avec une balance. Le document FR 2 672 389 propose de mettre en oeuvre des capteurs optiques à l'intérieur d'un réservoir. Le document US 2011/0010070 propose de corriger une mesure en fonction de l'inclinaison d'une automobile. La présente invention a alors pour objet de proposer un système de jaugeage adaptable simplement à une pluralité de réservoirs géométriquement différents, et plus particulièrement des réservoirs de convoyage. L'invention concerne alors un système de jaugeage d'un liquide contenu dans un réservoir démontable à paroi rigide d'un giravion attaché à un panneau, par exemple un réservoir de convoyage d'un hélicoptère contenant du carburant. Ce système est notamment remarquable en ce qu'il comporte une unité de traitement reliée à au moins trois capteurs d'efforts agencés chacun entre le réservoir et le panneau, ce système comprenant un moyen gyroscopique et un moyen de mesure d'accélérations reliés à l'unité de traitement pour lui transmettre des informations relatives respectivement à une assiette du réservoir et à des accélérations de ce réservoir, l'unité de traitement exécutant des instructions mémorisées pour déterminer en vol une quantité du liquide contenu dans le réservoir en utilisant ces informations. Le panneau du giravion peut être un plancher sur lequel repose le réservoir, ou encore un plafond auquel est suspendu ce réservoir. Indépendamment de la nature du panneau, les capteurs d'efforts sont disposés entre le panneau et le réservoir. Dans ces conditions, les capteurs d'efforts mesurent chacun des efforts exercés par le réservoir qui varient en fonction de la quantité de liquide présente dans ce réservoir, de l'assiette et des accélérations du giravion. Il paraît a priori surprenant de concevoir un système de jaugeage sur un véhicule en mettant en oeuvre une méthode visant à mesurer des efforts. En effet, les mouvements répétés du véhicule tendent à générer un mouvement continu du liquide dans le réservoir engendrant des mesures imprécises. En outre, on aurait pu penser que les mesures réalisées 15 seraient inexploitables du fait des évolutions d'un véhicule dans un espace tridimensionnel. Toutefois, un aéronef et plus particulièrement un giravion de type hélicoptère est soumis à des accélérations relativement faibles, son assiette demeurant de plus dans une plage restreinte. 20 Plus particulièrement, durant des missions de convoyage, un pilote d'un giravion évite de soumettre ce giravion à des accélérations et des assiettes conséquentes. L'invention est donc particulièrement utile dans le cadre d'un réservoir de convoyage agencé sur un giravion, et notamment un hélicoptère. 25 Ainsi, en allant à l'encontre de préjugés existants, l'invention vise une unité de traitement déterminant la quantité de liquide dans le réservoir en temps réel à l'aide des efforts mesurés par les capteurs d'efforts et en prenant en considération l'assiette du réservoir ainsi que les accélérations de ce réservoir pour prendre 30 en compte des effets d'inertie et la position dans l'espace de l'hélicoptère. Par exemple, la quantité de liquide est déterminée par application du principe fondamental de la dynamique des systèmes matériels, ou d'autres méthodes de calcul mécanique. Par ailleurs, on connaît des jauges qui ne descendent pas jusqu'au fond des réservoirs. Il peut en résulter la présence d'un volume de liquide ne pouvant pas être jaugé. On comprend que l'invention n'est pas confrontée à une telle difficulté, dans la limite de sensibilité des capteurs d'efforts évidemment. Par ailleurs, l'unité de traitement détermine la masse totale de l'ensemble comprenant le réservoir et le liquide contenu dans ce réservoir. La masse de liquide peut alors être obtenue en retranchant la masse fixe et prédéterminée du réservoir à cette masse totale. Il n'est donc pas nécessaire de prendre en considération la géométrie interne du réservoir pour déterminer la masse de liquide, et par suite le volume du liquide. Ainsi, le système est adaptable sur plusieurs types de réservoirs rigides, sans essai ou démonstration de qualification complémentaire. Selon un autre aspect, on note que ce système est non intrusif. Dès lors, le système ne comprend pas un organe susceptible de percer le réservoir et n'est pas lié à la géométrie du réservoir. Cette caractéristique est particulièrement intéressante dans le cadre d'une application pour des réservoirs de convoyage d'hélicoptère susceptibles d'avoir des dimensions diverses et amenés à être régulièrement modifiés et remplacés. En outre, l'invention ne fait pas appel à des transducteurs immergés dans un réservoir. En effet, l'invention fait au contraire appel à des capteurs localisés à l'extérieur du réservoir. Le système de jaugeage présente alors un niveau de sécurité intéressant. Ce système de jaugeage peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles qui suivent. Par exemple, les capteurs d'efforts mesurant des efforts selon une unique direction, le système peut comporter un moyen de blocage mécanique du réservoir pour limiter ce réservoir à un degré de liberté selon une direction parallèle à l'unique direction de mesure des capteurs d'efforts et sur un déplacement limité correspondant seulement à la déformation des capteurs. En effet, lors d'un vol, les capteurs d'efforts peuvent être soumis des efforts parasites dégradant les mesures nécessaires pour déterminer la quantité de liquide, en cisaillement par exemple. Dès lors, en contraignant le réservoir à se mouvoir selon l'unique direction de mesure des capteurs d'efforts, on impose une sollicitation des capteurs d'efforts en traction ou en compression exclusivement selon cette unique direction de mesure. Le moyen de blocage bloque alors le réservoir selon toutes les composantes de son torseur cinématique à l'exception de la composante relative à l'unique direction de mesure. Selon une réalisation, le moyen de blocage peut comprendre une pluralité de biellettes pour fixer un réservoir à des parois d'une structure. Par exemple, le moyen de blocage comporte éventuellement quatre biellettes, deux biellettes orthogonales l'une à l'autre étant agencées dans un coin inférieur du réservoir et deux autres biellettes orthogonales l'une à l'autre étant agencées dans un coin supérieur opposé au coin inférieur. Selon un autre aspect, le moyen gyroscopique comprend éventuellement un premier gyroscope pour mesurer un angle de tangage du réservoir et un deuxième gyroscope pour mesurer un angle de roulis du réservoir. Dès lors, le moyen gyroscopique permet de déterminer l'assiette du réservoir, et de fait l'assiette de l'hélicoptère par rapport au référentiel terrestre. Le premier gyroscope et le deuxième gyroscope peuvent être distincts ou former un unique gyroscope à deux axes voire trois 10 axes. Par ailleurs, le moyen de mesure d'accélérations peut comporter un premier accéléromètre, un deuxième accéléromètre et un troisième accéléromètre pour mesurer les accélérations du réservoir respectivement selon un axe de tangage, un axe de roulis 15 et un axe de lacet. Dès lors, le moyen de mesure d'accélérations permet de déterminer les accélérations du réservoir, et de fait les accélérations de l'hélicoptère dans le référentiel terrestre. Le premier accéléromètre, le deuxième accéléromètre et le 20 troisième accéléromètre peuvent être distincts ou former un unique accéléromètre à trois axes. Selon un autre aspect, le système comporte avantageusement un moyen de mémorisation pour mémoriser la quantité de liquide sur une durée prédéterminée. 25 Le moyen de mémorisation permet de conserver un historique de la quantité de liquide mesurée sur une durée prédéterminée, à des fins de maintenance et de contrôle de bon fonctionnement par exemple. De plus, le système peut comporter un moyen de détermination de la consommation en carburant d'une installation motrice du giravion. Le liquide contenu dans le réservoir étant du carburant, en utilisant l'historique de l'évolution de la quantité de carburant et en corrélant cet historique avec la consommation de carburant mesurée, il est possible de vérifier le bon fonctionnement du système de jaugeage, et d'informer le pilote de la présence d'un dysfonctionnement le cas échéant. Le moyen de détermination de la consommation peut être une unité de contrôle usuelle d'une installation motrice par exemple. Enfin, le système de jaugeage comporte favorablement un moyen d'affichage relié à l'unité de traitement pour afficher la quantité de liquide. II est à noter que l'unité de traitement détermine éventuellement la masse de liquide présente dans le réservoir par application du premier principe de la dynamique des systèmes matériels. Cependant, l'unité de traitement peut convertir cette masse de liquide en volume de liquide. Par suite, le moyen d'affichage peut afficher la quantité de liquide sous une forme massique ou volumique. Outre un système de jaugeage, l'invention vise aussi un giravion comportant un réservoir démontable à paroi rigide fixé à un panneau muni d'un tel système de jaugeage. De plus, cette invention vise un procédé de jaugeage de la quantité de liquide présent dans un réservoir démontable à paroi rigide fixé à un panneau de giravion, au cours duquel : - on mesure en au moins trois points distincts des efforts relatifs à la masse totale du réservoir et du liquide contenu dans ce réservoir, - on mesure l'assiette du giravion et les accélérations 5 subies par ce giravion, - on détermine la masse totale du réservoir et du liquide contenu dans ce réservoir en fonction des efforts, de l'assiette et des accélérations mesurées, et - on détermine la masse dudit liquide en soustrayant une 10 masse fixe du réservoir à ladite masse totale. De plus, les capteurs d'efforts mesurant des efforts selon une unique direction, on peut bloquer le réservoir pour lui conférer un unique degré de liberté selon une direction parallèle à l'unique direction de mesure desdits efforts. 15 L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, un schéma d'un giravion selon l'invention, 20 - les figures 2 et 3, des schémas d'un moyen de blocage, et - la figure 4, un schéma présentant un bilan de forces exercées sur un réservoir. Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence. 25 On note que trois directions X, Y et Z orthogonales les unes par rapport aux autres sont représentées sur les figures 2 à 4. La première direction X est dite longitudinale. Le terme « longitudinal » est relatif à toute direction parallèle à la première direction X. La première direction est parallèle à l'axe de roulis de l'aéronef présenté. La deuxième direction Y est dite transversale. Le terme « transversal » est relatif à toute direction parallèle à la deuxième direction Y. La deuxième direction est parallèle à l'axe de tangage de l'aéronef présenté. Enfin, la troisième direction Z est dite en élévation. L'expression « en élévation » est relative à toute direction parallèle à la troisième direction Z. La troisième direction est parallèle à l'axe de lacet de l'aéronef présenté. La figure 1 présente un aéronef 1 de type giravion, et plus particulièrement un hélicoptère. Ce giravion 1 inclut une installation motrice 7 alimentée en carburant par un réservoir 2 démontable à paroi rigide. Le réservoir 2 est agencé dans un compartiment 3 du giravion 1 en étant attaché à un panneau non visible sur la figure 1, tel qu'un plancher ou un plafond. On note que le réservoir 2 comporte une structure rigide, ce réservoir 2 pouvant être un réservoir de convoyage amovible. Par ailleurs, le giravion 1 comprend un système 10 de jaugeage du liquide 6 contenu dans le réservoir 2. Ce système 10 inclut une unité de traitement 15 pourvue par exemple d'un processeur et d'une mémoire. Le processeur exécute alors des instructions de la mémoire pour déterminer la quantité de liquide contenu dans le réservoir 2. A cet effet, le système 10 comporte au moins trois capteurs d'efforts 11, quatre capteurs d'efforts sur l'exemple de la figure 1. Chaque capteur d'efforts 11 est alors disposé entre le réservoir 2 et le panneau portant ou soutenant ce réservoir 2, un plancher ou un plafond suivant la variante. Chaque capteur d'efforts est éventuellement fixé au réservoir 2 et au panneau auquel est fixé le réservoir 2. De plus, on note que chaque capteur d'efforts 11 est relié à l'unité de traitement 15, chaque capteur d'efforts transmettant à 10 l'unité de traitement un signal relatif à un effort mesuré. De plus, le système 10 comprend un moyen gyroscopique 20 relié à l'unité de traitement 15 pour lui transmettre un signal relatif à l'assiette de l'aéronef, et donc du réservoir 2. Par exemple, le moyen gyroscopique comprend un premier 15 gyroscope 21 pour mesurer l'angle de tangage du giravion et de fait du réservoir 2, ainsi qu'un deuxième gyroscope 22 pour mesurer l'angle de roulis du giravion et donc du réservoir 2. En outre, le système comprend un moyen de mesure d'accélérations 25 relié à l'unité de traitement pour lui transmettre 20 un signal relatif aux accélérations du giravion 1 et donc du réservoir 2. Ce moyen de mesure d'accélérations 25 peut comporter un premier accéléromètre 26 pour transmettre à l'unité de traitement 15 une information relative à une accélération selon l'axe de 25 tangage du giravion, un deuxième accéléromètre 27 pour transmettre à l'unité de traitement 15 une information relative à une accélération selon l'axe de roulis, et un troisième accéléromètre 28 pour transmettre à l'unité de traitement 15 une information relative à une accélération selon l'axe de lacet. Par conséquent, des capteurs d'efforts 11 ainsi qu'un moyen gyroscopique 20 et un moyen de mesure d'accélérations 25 transmettent des informations à l'unité de traitement 15. Dès lors, cette unité de traitement 15 détermine la quantité de liquide 6 contenu dans le réservoir 2 à l'aide de ces informations. En effet, selon le procédé appliqué, on mesure en au moins trois points distincts des efforts relatifs à la masse totale du réservoir. De plus, on mesure l'assiette du giravion et les accélérations subies par ce giravion. On comprend que l'unité de traitement 15 traite et filtre les signaux reçus de manière usuelle et adéquate pour pouvoir les exploiter. Dès lors, l'unité de traitement 15 détermine la masse totale du réservoir 2, en appliquant par exemple mais non exclusivement le principe fondamental de la dynamique des systèmes matériels. En retranchant à cette masse totale la masse prédéterminée du réservoir en tant que tel, l'unité de traitement obtient la masse du liquide 6 contenu dans ce réservoir 2. Il est à noter que le système 10 peut comprendre un moyen d'affichage 40 relié à l'unité de traitement 15, cette unité de traitement 15 commandant l'affichage de ladite masse du liquide 6 sur le moyen d'affichage 40, sous forme massique ou volumique. Par ailleurs, le système 10 peut aussi comprendre un moyen de détermination 45 de la consommation en carburant d'une installation motrice 7 du giravion, voire un moyen de mémorisation 35 pour mémoriser la quantité de liquide sur une durée prédéterminée. Dès lors, l'unité de traitement peut valider la cohérence du calcul de la quantité de carburant, par exemple en déterminant entre deux instants : - une première quantité de carburant consommée par l'installation motrice 7 à l'aide des informations provenant du moyen de détermination 45 et - une deuxième quantité de carburant consommée par l'installation motrice 7 à l'aide de l'historique mémorisée dans le moyen de mémorisation 35. Si la première quantité diffère de façon conséquente de la deuxième quantité, l'unité de traitement 15 peut en déduire un dysfonctionnement, et éventuellement commander le déclenchement d'une alerte pour en informer le pilote du giravion. Par ailleurs, le système 10 présenté sur la figure 1 comprend 15 un moyen de blocage 30 pour circonscrire le réservoir 2 à un degré de liberté. En référence aux figures 2 et 3, le moyen de blocage peut comporter une pluralité de biellettes munies de rotules fixées d'une part au réservoir 2 et d'autre part à des parois latérales 5 20 délimitant le compartiment 3, des parois latérales 5 distinctes du panneau 4 sur lequel repose le réservoir 2 selon la variante représentée. Par exemple, deux biellettes 31, 32 orthogonales l'une à l'autre sont agencées dans un coin inférieur du réservoir 2 et deux 25 autres biellettes 33, 34 orthogonales l'une à l'autre étant agencées dans un coin supérieur opposé au coin inférieur. En référence à la figure 4, lorsque le réservoir 2 présente un angle de tangage a non nul et/ou un angle de roulis non nul, le moyen de blocage contraint le réservoir à se déplacer sous l'effet de la pesanteur selon un direction D2 de guidage parallèle à l'unique direction Dl de mesure de chaque capteur d'efforts 11. On comprend que ce déplacement est très limité, ce 5 déplacement correspondant uniquement à la déformation des capteurs d'efforts 11. L'unité de traitement 15 peut déduire une masse intermédiaire d'un réservoir 2 par capteur d'efforts, à l'aide des informations fournies par chaque capteur d'efforts, la masse totale 10 de l'ensemble comprenant le réservoir 2 et le liquide 6 correspondant à la somme desdites masses intermédiaires. Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien 15 qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1. Système (10) de jaugeage d'un liquide (6) contenu dans un réservoir (2) démontable à paroi rigide d'un giravion (1) attaché à un panneau (4), caractérisé en ce qu'il comporte une unité de traitement (15) reliée à au moins trois capteurs d'efforts (Il) agencés chacun entre ledit réservoir (2) et ledit panneau (4), ledit système (10) comprenant un moyen gyroscopique (20) et un moyen de mesure d'accélérations (25) reliés à l'unité de traitement (15) pour lui transmettre des informations relatives respectivement à une assiette du réservoir (2) et à des accélérations de ce réservoir (2), ladite unité de traitement (15) exécutant des instructions mémorisées pour déterminer en vol une quantité de liquide (6) contenue dans le réservoir (2) en utilisant lesdites informations. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lesdits capteurs d'efforts (11) mesurant des efforts selon une unique direction (Dl), le système (10) comporte un moyen de blocage (30) mécanique du réservoir (2) pour limiter ce réservoir (2) à un degré de liberté selon une direction (D2) parallèle à ladite unique direction (Dl) de mesure desdits capteurs d'efforts (11) et sur un déplacement limité correspondant seulement à la déformation des capteurs d'efforts (11). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de blocage (30) comprend une pluralité de biellettes (31, 32, 33, 34) pour fixer un réservoir (2) à des parois (5) d'une structure. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que ledit moyen gyroscopique (20) comprend un premier gyroscope (21) pour mesurer un angle de tangage du réservoir, un deuxième gyroscope (22) pour mesurer un angle de roulis du réservoir. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moyen de mesure d'accélérations (25) comporte un premier accéléromètre (26), un deuxième accéléromètre (27) et un troisième accéléromètre (28) pour mesurer des accélérations du réservoir (2) respectivement selon un axe de tangage (Y), un axe de roulis (X) et un axe de lacet (Z). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mémorisation (35) pour mémoriser la quantité de liquide sur une durée prédéterminée. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de détermination (45) de la consommation en carburant d'une installation motrice (7) du giravion. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'affichage (40) relié à l'unité de traitement (15) pour afficher ladite quantité de liquide. 9. Giravion (1) comportant un réservoir (2) démontable à paroi rigide fixé à un panneau (4), caractérisé en ce qu'il comporte un système (10) de jaugeage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Procédé de jaugeage de la quantité de liquide (6) présent dans un réservoir (2) démontable à paroi rigide fixé à un panneau (4) d'un giravion (1), au cours duquel : - on mesure en au moins trois points distincts des efforts relatifs à la masse totale du réservoir (2) et du liquide contenu dans ce réservoir (2), - on mesure l'assiette du giravion (1) et les accélérations subies par le giravion (1), - on détermine la masse totale du réservoir (2) et du liquide (6) contenu dans ce réservoir (2) en fonction des efforts, de l'assiette et des accélérations mesurées, et - on détermine la masse dudit liquide (6) en soustrayant une masse fixe du réservoir (2) à ladite masse totale. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, lesdits capteurs d'efforts (Il) mesurant des efforts selon une unique direction (Dl), on bloque le réservoir (2) pour lui conférer un unique degré de liberté selon une direction parallèle à l'unique direction (Dl) de mesure desdits efforts.