Brevet FR2979993A1 — publié le 20130315

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'estimation automatique d'une vitesse air d'un aéronef. On sait qu'un aéronef, en particulier un avion de transport, est généralement pourvu d'une centrale anémobarométrique de type ADC (« Air Data Computer » en anglais) qui fournit, en temps réel, une vitesse conventionnelle de type CAS (pour « Calibrated Air Speed » en anglais). Pour ce faire, cette centrale anémobarométrique est associée à des sondes de pression totale (tubes de Pitot), et elle peut, par exemple, faire partie d'un système de données air et de données inertielles de type ADIRS (pour « Air Data Inertial Reference System » en anglais), qui représente une centrale de références inertielles intégrant les fonctions de la centrale anémobarométrique. Or, des données air (notamment des vitesses air) erronées ou absentes peuvent, par exemple, apparaître lors de pannes de systèmes, d'une information erronée de capteurs, ou lors de la présence de givre ou de cristaux de glace. On sait que le givre est un phénomène météorologique, dont les conditions d'apparition sont liées à l'humidité et à la température statique. Le givre peut avoir des effets sur les capteurs, tels que les sondes de pression totale, jusqu'à conduire à une altération de la mesure, la rendant parfois erronée (figée ou biaisée). Il est donc intéressant de pouvoir disposer sur l'aéronef d'une vitesse air alternative, susceptible d'être déterminée même en cas de défaillance d'une centrale anémobarométrique et/ou de sondes de pression associées, notamment des sondes Pitot. On sait, par ailleurs, qu'il est possible de calculer une vitesse air dite vitesse aérodynamique, à partir des valeurs courantes de paramètres (masse, facteur de charge, incidence,...) liés à l'aéronef, et notamment des paramètres aérodynamiques (facteur de charge, incidence,...). Toutefois, les paramètres utilisés pour calculer cette vitesse air, qui sont disponibles sur un aéronef, ne sont pas suffisamment précis pour obtenir une vitesse air qui soit suffisamment fiable et précise pour pouvoir être utilisée sur un aéronef. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités. Elle concerne un procédé pour estimer automatiquement une vitesse air d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport, qui est particulièrement précise et qui est susceptible d'être déterminée même en présence de données air erronées. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé d'estimation automatique d'une vitesse air, procédé selon lequel on réalise, de façon automatique et itérative, l'opération suivante : a) on reçoit une vitesse air dite vitesse aérodynamique qui est calculée (dans une étape préliminaire), à partir des valeurs courantes de paramètres (masse, facteur de charge, incidence,...) liés à l'aéronef et comprenant des paramètres aérodynamiques, est remarquable en ce que l'on réalise, de plus, de façon automatique et itérative, les opérations suivantes : b) on reçoit une vitesse conventionnelle courante, générée par une centrale anémobarométrique ; c) on soustrait à cette vitesse conventionnelle une vitesse estimée à l'itération précédente de manière à obtenir une vitesse résiduelle ; d) on compare cette vitesse résiduelle à une valeur de seuil ; et e) en fonction de cette comparaison : - tant que cette vitesse résiduelle est inférieure ou égale à ladite valeur de seuil, on l'intègre de manière à obtenir une valeur corrective que l'on ajoute à ladite vitesse aérodynamique pour obtenir finalement la vitesse air estimée ; et - dès que cette vitesse résiduelle est supérieure à une valeur de seuil (pendant une durée de confirmation), illustrant la détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle, et tant que cela reste le cas, on ajoute une valeur corrective figée à ladite vitesse aérodynamique pour obtenir la vitesse air estimée. Avantageusement, ladite valeur corrective figée correspond à la dernière valeur corrective calculée, avant la détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle. Ainsi, grâce à l'invention, on dispose à bord de l'aéronef d'une information de vitesse air alternative (par rapport aux vitesses usuelles), qui : - d'une part, présente une précision suffisamment élevée pour qu'elle puisse être utilisée par divers systèmes de l'aéronef ; et - d'autre part, est susceptible d'être déterminée même en cas de défaillance d'une centrale anémobarométrique et/ou de sondes de pression associées, notamment des sondes Pitot. Le procédé conforme à l'invention permet de remédier simultanément aux problèmes existant pour deux modes de calcul usuels différents de vitesse air : - d'une part, en l'absence de problème de validité de la vitesse conventionnelle, il permet, par la correction réalisée sur la vitesse aérodynamique (de manière à la faire converger vers ladite vitesse conventionnelle), de remédier au problème de précision réduite d'une vitesse aérodynamique, due notamment à l'imprécision des paramètres utilisés, tels que l'incidence ou la masse de l'aéronef notamment ; et - d'autre part, en cas de problème de validité (ou de perte) de la vitesse conventionnelle (notamment lors d'un problème sur les sondes Pitot, par exemple suite à un givrage), il permet de ne pas en tenir compte de cette dernière vitesse. Dans ce dernier cas, on dispose toujours d'une valeur précise, puisque l'on continue à corriger la vitesse aérodynamique, et ceci par l'ajout d'une valeur corrective figée qui est la plus précise possible, étant donné qu'elle correspond à la dernière valeur corrective calculée avant la détection du problème de validité de la vitesse conventionnelle. De façon avantageuse, pour l'intégration mise en oeuvre à l'étape e), on utilise une constante de temps qui est déterminée préalablement de manière à réaliser un compromis entre, d'une part, une efficacité de détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle, et d'autre part, une convergence rapide en cas d'imprécision de la vitesse aérodynamique. En outre, avantageusement : - on filtre ladite vitesse aérodynamique, avant de l'utiliser à l'étape e) ; et/ou - au décollage de l'aéronef, on initialise l'intégration mise en oeuvre à l'étape e) de telle sorte que la vitesse air estimée est égale à la vitesse conventionnelle. Dans une étape supplémentaire f), on fournit ladite vitesse air estimée à des moyens utilisateurs. La vitesse air, estimée conformément à l'invention, peut être utilisée par divers systèmes de l'aéronef nécessitant une information de vitesse précise et fiable. En outre, de façon avantageuse, on présente ladite vitesse air estimée sur un écran de visualisation du poste de pilotage de l'aéronef. Dans ce cas, on filtre, de préférence, cette vitesse air estimée, avant de la présenter sur l'écran de visualisation. La présente invention concerne également un dispositif d'estimation automatique d'une vitesse air d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif du type comportant des moyens pour recevoir, de façon itérative, une vitesse air dite vitesse aérodynamique qui est calculée à partir des valeurs courantes de paramètres liés à l'aéronef, comprenant des paramètres aérodynamiques, est remarquable en ce qu'il comporte, de plus : - des moyens pour recevoir, de façon itérative, une vitesse conventionnelle courante, qui est générée par une centrale anémobarométrique ; - des moyens pour soustraire, de façon itérative, à cette vitesse conventionnelle une vitesse estimée à l'itération précédente de manière à obtenir une vitesse résiduelle ; - des moyens pour comparer, de façon itérative, cette vitesse résiduelle à une valeur de seuil ; et - des moyens pour : - tant que cette vitesse résiduelle est inférieure ou égale à ladite valeur de seuil, l'intégrer de manière à former une valeur corrective qui est ajoutée à ladite vitesse aérodynamique pour obtenir la vitesse air estimée ; et - dès que cette vitesse résiduelle est supérieure à une valeur de seuil (de préférence pendant une durée de confirmation), illustrant la détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle, et tant que cela reste le cas, ajouter une valeur corrective figée à ladite vitesse aérodynamique pour obtenir la vitesse air estimée. En outre, avantageusement, ledit dispositif comporte également : - des moyens pour déterminer lesdites valeurs courantes des paramètres liés à l'aéronef et pour calculer ladite vitesse aérodynamique à partir de ces valeurs courantes ; - une centrale anémobarométrique pour déterminer la vitesse conventionnelle ; et - des moyens utilisateurs de la vitesse air qui est estimée par ledit dispositif, et notamment un écran de visualisation du poste de pilotage de l'aéronef. Le dispositif conforme à l'invention présente, notamment, les avantages suivants : - une robustesse lors d'un changement de configuration aérodynamique (becs/volets, aérofreins,...) ; - une détection rapide d'un givrage de sondes Pitot et d'une information CAS associée erronée. Ceci permet notamment d'éviter une réaction inappropriée de l'équipage à une indication de vitesse air erronée, risquant notamment d'entraîner le dépassement de la vitesse maximale autorisée ; et - une adaptation rapide à tout type d'aéronef. La présente invention concerne, en outre, un aéronef, en particulier un avion de transport, qui comporte un dispositif tel que celui précité. L'unique figure du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Cette figure unique est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématiquement sur la figure est destiné à estimer automatiquement une vitesse air d'un aéronef (non représenté), en particulier d'un avion de transport, de manière à fournir une vitesse air alternative, qui est particulièrement précise et qui n'est pas perturbée ou biaisée, notamment, par des données air erronées. Ledit dispositif 1 qui est embarqué sur l'aéronef, est du type comportant des moyens 2 pour recevoir, de façon itérative, une vitesse air dite vitesse aérodynamique qui est calculée à partir des valeurs courantes de paramètres liés à l'aéronef, comprenant notamment des paramètres aérodynamiques. Pour ce faire, ledit dispositif 1 comporte une unité usuelle 3 qui comprend : - des moyens 4 usuels, en particulier des moyens de mesure, pour déterminer, de façon itérative, lesdites valeurs courantes des paramètres (masse, facteur de charge, incidence,...) liés à l'aéronef ; et - des moyens 5 pour calculer, de façon itérative, à l'aide desdites valeurs courantes, la vitesse aérodynamique. Lesdits moyens 5 calculent ladite vitesse aérodynamique Vcaero, de façon usuelle, à l'aide de l'expression suivante : Vcaero = ,\I 0,5* po *S*Cza *(oc +GO dans laquelle : M est la masse de l'aéronef en kg ; nz est le facteur de charge vertical ; po est la densité de l'air, qui est égale à 1,225 kg/m3 Cza représente le gradient de portance et vaut environ 6 ; - a est l'incidence de l'aéronef ; et M*9,81*nz ; - oto est l'incidence à portance nulle, qui dépend de la configuration des becs et volets et du braquage des aérofreins. On sait que certains des paramètres précédents (utilisés pour calculer la vitesse aérodynamique Vcaero), tels qu'ils sont disponibles sur l'aéronef, ne sont pas extrêmement précis. A titre d'exemple, la masse est calculée, de façon itérative, en fonction d'une masse totale entrée par le pilote avant le décollage (qui représente une estimation approximative, en fonction notamment du nombre de passagers) et de la consommation courante de fuel. Par conséquent, la vitesse aérodynamique Vcaero calculée à l'aide de l'expression précitée n'est pas suffisamment précise pour pouvoir être utilisée telle quelle sur un aéronef. Aussi, selon l'invention, pour déterminer une vitesse air estimée qui est notamment particulièrement précise, ledit dispositif 1 comporte une unité de traitement d'informations 6 de type itératif, qui comprend, en plus desdits moyens 2 pour recevoir la vitesse aérodynamique Vcaero : - des moyens (à savoir une liaison 7) pour recevoir, de façon itérative, une vitesse conventionnelle courante Vc, de type ADC (« Air Data Computer » en anglais), qui est générée de manière usuelle par une centrale anémobarométrique 8 de l'aéronef ; - des moyens 9 pour soustraire à cette vitesse conventionnelle Vc, à chaque itération, une vitesse estimée à l'itération précédente de manière à obtenir une vitesse résiduelle VR ; - des moyens de comparaison 10 pour comparer, de façon itérative, cette vitesse résiduelle VR à une valeur de seuil X, , par exemple 20 noeuds ; et - des moyens 11 pour ajouter une valeur corrective (qui dépend de ladite comparaison) à la vitesse aérodynamique Vcaero (générée par l'unité 3) afin d'obtenir la vitesse air estimée Vcest. Plus précisément : - tant que la vitesse résiduelle VR est inférieure ou égale à ladite valeur de seuil X, , des moyens 12 intègrent cette vitesse résiduelle VR de manière à 2 9 79993 8 former la valeur corrective (qui est ajoutée par les moyens 11 à ladite vitesse aérodynamique Vcaero pour obtenir la vitesse air estimée Vcest). Selon l'invention, cette intégration est telle que la vitesse Vcaero est corrigée de manière à converger vers la vitesse conventionnelle Vc ; et 5 - dès que cette vitesse résiduelle VR est supérieure à la valeur de seuil a, (et ceci pendant au moins une durée de confirmation Tc), illustrant la détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle Vc, et tant que cela reste le cas, les moyens 11 utilisent une valeur corrective gelée qu'ils ajoutent à ladite vitesse aérodynamique Vcaero pour obtenir la vitesse air estimée 10 Vcest. Pour ce faire, l'unité 6 comprend également un moyen de confirmation 13 qui est monté en aval des moyens de comparaison 10 pour détecter un problème de validité de la vitesse conventionnelle Vc, lorsque la vitesse résiduelle VR est supérieure à la valeur de seuil X, , pendant au moins la 15 durée de confirmation Tc. Lors d'une telle détection, un moyen de commutation 14 est commandé pour amener l'entrée des moyens 12, non plus à la sortie des moyens 9 qui génèrent la vitesse résiduelle VR, mais à une valeur nulle, de sorte que les moyens 10 utilisent alors la valeur corrective figée (qui est enregistrée). 20 Cette valeur corrective figée correspond à la dernière valeur corrective calculée par les moyens d'intégration 12, avant la détection (par lesdits moyens 10 et 13) d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle Vc. Ainsi, grâce au dispositif 1 conforme à l'invention, on dispose à bord de l'aéronef d'une information de vitesse air alternative Vcest (par rapport aux 25 vitesses usuelles), qui : - d'une part, présente une précision suffisamment élevée pour qu'elle puisse être utilisée par divers systèmes de l'aéronef ; et - d'autre part, est susceptible d'être déterminée même en cas de problème de validité de la vitesse conventionnelle Vc, c'est-à-dire même en cas de 30 défaillance d'une centrale anémobarométrique 8 ou de sondes de pression associées, notamment des sondes Pitot. Le dispositif 1 conforme à l'invention permet ainsi de remédier simultanément aux problèmes existant sur deux modes de calcul usuels de vitesse air : - d'une part, en l'absence de problème de validité de la vitesse conventionnelle Vc, il permet, par la correction réalisée sur la vitesse aérodynamique Vcaero de manière à la faire converger vers cette vitesse conventionnelle Vc, de remédier au problème de précision réduite d'une vitesse aérodynamique Vcaero ; et - d'autre part, en cas de problème de validité (ou de perte) de la vitesse conventionnelle Vc (notamment lors d'un problème sur les sondes Pitot) de ne pas en tenir compte de cette dernière. Dans ce dernier cas, on dispose toujours d'une vitesse air estimée Vcest précise, puisque l'on continue à corriger la vitesse aérodynamique Vcaero, par l'ajout d'une valeur corrective figée qui est la plus précise possible, étant donné qu'elle correspond à la dernière valeur corrective calculée avant la détection du problème de validité de la vitesse conventionnelle Vc. Pour l'intégration mise en oeuvre par les moyens 12, on utilise une constante de temps t qui est déterminée préalablement de manière à réaliser un compromis. Plus précisément, cette constante de temps t doit être suffisamment rapide pour permettre une convergence rapide en cas d'imprécision de la vitesse aérodynamique, mais pas trop rapide pour pouvoir détecter efficacement une vitesse Vc erronée (1 OS En particulier, dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif 1 comporte, de plus, des moyens d'affichage 16 pour présenter ladite vitesse air estimée Vcest (reçue par une liaison 17) sur un écran de visualisation 18 du poste de pilotage de l'aéronef. Dans ce cas, de préférence, l'unité de traitement 6 comprend un filtre 19 pour filtrer ladite vitesse air estimée, avant de la présenter sur l'écran de visualisation 18, de manière à obtenir un confort visuel satisfaisant. En outre, ledit dispositif 1 comporte également la centrale anémobarométrique 8 pour déterminer, de façon usuelle, la vitesse conventionnelle Vc. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif 1 comporte, de plus, un filtre 20 qui est monté entre l'unité 3 et les moyens 11. Ce filtre 20 est nécessaire en raison d'informations de facteur de charge et d'incidence, bruitées. De plus, ce filtre permet de gérer et adapter les différentes informations lorsque le taux d'échantillonnage est faible et différent pour chaque paramètre. Sa constante de temps ne doit pas être trop élevée pour ne pas trop retarder le calcul aérodynamique en cas d'accélération ou de décélération élevée. Par ailleurs, au décollage de l'aéronef, c'est-à-dire lors de l'activation du dispositif 1, ce dernier initialise l'intégrateur (moyens 12), via des moyens 21, à une valeur Vc-Vcaero de telle sorte que la vitesse air estimée Vcest est alors égale à la vitesse conventionnelle Vc. Le dispositif 1 conforme à l'invention présente, notamment, les avantages suivants : - une robustesse lors d'un changement de configuration aérodynamique (becs/volets, aérofreins,...) ; - une détection rapide d'un givrage de sondes Pitot et d'une information CAS associée erronée. Ceci permet notamment d'éviter une réaction inappropriée de l'équipage à une indication de vitesse air erronée, risquant notamment d'entraîner le dépassement de la vitesse maximale autorisée ; et - une adaptation rapide à tout type d'aéronef. REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation automatique d'une vitesse air d'un aéronef, procédé selon lequel on réalise, de façon automatique et itérative, l'opération suivante : a) on reçoit une vitesse air dite vitesse aérodynamique, qui est calculée à partir de valeurs courantes de paramètres liés à l'aéronef, comprenant des paramètres aérodynamiques, caractérisé en ce que l'on réalise, de plus, de façon automatique et itérative, les opérations successives suivantes : b) on reçoit une vitesse conventionnelle courante, générée par une centrale anémobarométrique (8) ; c) on soustrait à cette vitesse conventionnelle une vitesse estimée à l'itération précédente de manière à obtenir une vitesse résiduelle ; d) on compare cette vitesse résiduelle à une valeur de seuil ; et e) en fonction de cette comparaison : - tant que cette vitesse résiduelle est inférieure ou égale à ladite valeur de seuil, on l'intègre de manière à former une valeur corrective que l'on ajoute à ladite vitesse aérodynamique pour obtenir la vitesse air estimée ; et - dès que cette vitesse résiduelle est supérieure à ladite valeur de seuil, illustrant la détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle, et tant que cela reste le cas, on ajoute une valeur corrective figée à ladite vitesse aérodynamique pour obtenir la vitesse air estimée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite valeur corrective figée correspond à la dernière valeur corrective calculée, avant la détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que l'on filtre ladite vitesse aérodynamique, avant de l'utiliser à l'étape e). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour l'intégration mise en oeuvre à l'étape e), on utilise une constante de temps qui est déterminée préalablement de manière à réaliser un compromis entre une efficacité de détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle et une convergence rapide en cas d'imprécision de la vitesse aérodynamique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au décollage de l'aéronef, on initialise l'intégration mise en oeuvre à l'étape e) de telle sorte que la vitesse air estimée est égale à la vitesse conventionnelle. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans une étape supplémentaire f), on présente ladite vitesse air estimée sur un écran de visualisation (18) du poste de pilotage de l'aéronef. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on filtre ladite vitesse air estimée, avant de la présenter sur l'écran de visualisation (18) à l'étape f). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans une étape supplémentaire f), on fournit ladite vitesse air estimée à des moyens utilisateurs. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans une étape préliminaire, on calcule la vitesse aérodynamique, à partir desdites valeurs courantes de paramètres liés à l'aéronef, comprenant des paramètres aérodynamiques. 10. Dispositif d'estimation automatique d'une vitesse air d'un aéronef, ledit dispositif (1) comportant des moyens (2) pour recevoir, de façon itérative, une vitesse air dite vitesse aérodynamique qui est calculée à partir des valeurs courantes de paramètres liés à l'aéronef, comprenant des paramètres aérodynamiques,caractérisé en ce qu'il comporte, de plus : - des moyens (7) pour recevoir, de façon itérative, une vitesse conventionnelle courante, qui est générée par une centrale anémobarométrique (8) ; - des moyens (9) pour soustraire, de façon itérative, à cette vitesse conventionnelle une vitesse estimée à l'itération précédente de manière à obtenir une vitesse résiduelle ; - des moyens (10) pour comparer, de façon itérative, cette vitesse résiduelle à une valeur de seuil ; et - des moyens (11, 12) pour : - tant que cette vitesse résiduelle est inférieure ou égale à ladite valeur de seuil, l'intégrer de manière à former une valeur corrective qui est ajoutée à ladite vitesse aérodynamique pour obtenir la vitesse air estimée ; et - dès que cette vitesse résiduelle est supérieure à ladite valeur de seuil, illustrant la détection d'un problème de validité de la vitesse conventionnelle, et tant que cela reste le cas, ajouter une valeur corrective figée à ladite vitesse aérodynamique pour obtenir la vitesse air estimée. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens (3) pour déterminer, de façon itérative, lesdites valeurs courantes des paramètres liés à l'aéronef et pour calculer ladite vitesse aérodynamique à partir desdites valeurs courantes. 12. Dispositif selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, une centrale anémobarométrique (8) pour déterminer, de façon itérative, la vitesse conventionnelle. 13. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens utilisateurs de ladite vitesse air estimée. 14. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) tel que celui spécifié sous l'une quelconque des revendications 10 à 13.