Brevet FR3021116A1 — publié le 20151120

La présente invention concerne un système de mesure de caractéristiques du vecteur vitesse d'un aéronef par rapport à une masse d'air environnante, telles que la vitesse, l'angle d'incidence et l'angle de dérapage de l'aéronef L'invention concerne également un aéronef équipé d'un tel système de mesure, ainsi qu'un procédé de mise à jour d'un tel système de mesure. Actuellement, les caractéristiques du vecteur vitesse d'un aéronef sont mesurées à l'aide de capteurs placés dans le flux d'air environnant l'aéronef Ainsi, la vitesse d'un aéronef est mesurée à l'aide de tubes de Pitot, son angle d'incidence est mesuré par des sondes d'incidence, et son angle de dérapage, sur certains aéronefs, est mesuré par des sondes de dérapage. Dans certaines conditions, ces capteurs peuvent donner des indications erronées. Par exemple, lorsqu'ils sont bloqués ou obstrués par de l'eau ou du gel. Il est donc intéressant d'avoir un autre moyen pour mesurer les caractéristiques du vecteur vitesse de l'aéronef Un objet de la présente invention est de proposer un système de mesure de caractéristiques du vecteur vitesse d'un aéronef qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, est proposé un système de mesure destiné à mesurer des caractéristiques du vecteur vitesse d'un aéronef par rapport à une masse d'air environnante, ledit système de mesure comportant : - deux capteurs principaux fixés à une surface frontale de l'aéronef, chacun étant apte à délivrer une valeur de sortie relative à la déformation qu'il subit, et - une unité de traitement apte à recevoir lesdites valeurs de sortie et à calculer l'angle d'incidence et/ou la vitesse de l'aéronef à partir de ces valeurs de sortie. Un tel système ne présente pas les mêmes risques de panne que les capteurs de l'art antérieur, et donne des indications sur le vecteur vitesse qui permettent de compléter les informations données par les autres systèmes de navigation. Avantageusement, le système de mesure comporte en outre deux capteurs complémentaires, chaque capteur complémentaire étant fixé à la surface frontale et apte à délivrer une valeur de sortie relative à la déformation qu'il subit, et l'unité de traitement est apte à recevoir lesdites valeurs de sortie des deux capteurs complémentaires et à calculer un angle de dérapage de l'aéronef à partir de ces valeurs de sortie. Avantageusement, ladite surface frontale est un radome situé à l'avant de l'aéronef Avantageusement, l'un des capteurs principaux est disposé en partie haute du radome, et l'autre capteur principal est disposé en partie basse du radome. Avantageusement, les deux capteurs principaux sont disposés sur un plan de symétrie P du radome. Avantageusement, les deux capteurs complémentaires sont disposés symétriquement de part et d'autre d'un plan de symétrie P du radome. Avantageusement, pour chaque capteur la variation de la valeur de sortie est proportionnelle à la déformation qu'il subit. Avantageusement, l'unité de traitement comporte: - des moyens de réception destinés à recevoir une série de valeurs de l'angle d'incidence, de la vitesse, et éventuellement de l'angle de dérapage depuis d'autres instruments de l'aéronef, - des moyens de comparaison destinés à comparer chaque série de valeurs ainsi reçue à la série de valeurs correspondante calculée à partir des valeurs de sortie, et - des moyens de mises à jour destinés à mettre à jour les coefficients et/ou les constantes correspondants pour lesquels les moyens de comparaison ont émis un signal négatif L'invention propose également un aéronef comportant une surface frontale et un système de mesure selon l'une des variantes précédentes. L'invention propose également un procédé de mise à jour d'un système de mesure selon une variante précédente comportant: - une étape de réception au cours de laquelle l'unité de traitement reçoit une série de valeurs de l'angle d'incidence, de la vitesse et éventuellement de l'angle de dérapage depuis d'autres instruments de l'aéronef, - une étape de comparaison au cours de laquelle l'unité de traitement compare les séries de valeurs ainsi reçues aux séries de valeurs correspondantes calculées à partir des valeurs de sortie, - pour chaque couple de séries de valeurs ainsi comparées, lorsque la comparaison est négative, une étape de mise à jour au cours de laquelle l'unité de traitement met à jour les coefficients et/ou les constantes correspondants. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 montre une vue éclatée de la partie avant d'un aéronef selon l'invention, la Fig. 2 montre la vue de face d'un radome d'un aéronef, et la Fig. 3 montre un organigramme d'un procédé de mise à jour selon l'invention. Dans la description qui suit, les termes relatifs à une position sont pris en référence à la Fig. 1 dans laquelle un aéronef présente un axe longitudinal selon l'axe x, un axe transversal selon l'axe y et un axe vertical selon l'axe z. La Fig. 1 montre la partie avant 100 d'un aéronef dans une masse d'air 10 environnante. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté ici, la partie avant 100 comporte: - un cockpit 102, - une structure inférieure 106 fixée sous le cockpit 102, 15 - un carénage de nez 104 fixé en avant de la structure inférieure 106, et - un radome 108 fixé en avant du carénage de nez 104. Le radome 108 prend là une forme d'un dôme d'axe x avec un sommet S et un plan de symétrie P passant par S et parallèle à l'axe vertical z. La Fig. 2 montre la vue de face du radome 108 situé à l'avant de l'aéronef et qui 20 constitue une surface frontale de l'aéronef La partie avant 100 présente également un système de mesure 150 destiné à mesurer des caractéristiques du vecteur vitesse de l'aéronef par rapport à la masse d'air environnante. Ces caractéristiques du vecteur vitesse peuvent être la valeur de la vitesse, l'angle d'incidence et/ou l'angle de dérapage de l'aéronef 25 Le système de mesure 150 comporte: - la surface frontale 108 de l'aéronef, - deux capteurs principaux 152a-b, chacun étant fixé à la surface frontale 108, et apte à délivrer une valeur de sortie relative à la déformation qu'il subit, et - une unité de traitement 154 apte à recevoir lesdites valeurs de sortie et à 30 calculer l'angle d'incidence et/ou la vitesse de l'aéronef à partir de ces valeurs de sortie. Un tel système de mesure 150 n'est donc pas perturbé par les conditions environnementales et peut ainsi délivrer une information de vitesse fiable. La mise en place des capteurs principaux 152a-b sur le radome 108 est particulièrement intéressante car le radome 108 est une pièce légère et non structurelle qui se déforme relativement facilement sous l'action de la pression. Les capteurs principaux 152a-b sont plus particulièrement fixés à l'intérieur du radome 108 et sont donc vus en transparence sur la Fig. 2. Dans le mode de réalisation de l'invention présenté, l'unité de traitement 154 est disposée sur la structure inférieure 106, mais elle pourrait être disposée ailleurs dans l'aéronef et même intégrée aux systèmes électroniques déjà existants. L'unité de traitement 154 est apte à transmettre l'information de vitesse et d'angle d'incidence à un indicateur logé dans le cockpit 102 afin d'informer le pilote. La transmission d'informations entre chaque capteur principal 152a-b et l'unité de traitement 154 s'effectue ici par liaison filaire. Chaque capteur principal 152a-b est une jauge de contrainte dont la variation de la valeur de sortie est proportionnelle à la déformation qu'il subit. Pour déterminer l'angle d'incidence, l'un des capteurs principaux 152a est disposé en partie haute du radome 108 et l'autre capteur principal 152b est disposé en partie basse du radome 108, c'est-à-dire de part et d'autre d'un plan P' passant par le sommet S et parallèle à l'axe transversal y. Pour des raisons de symétrie, les deux capteurs principaux 152a et 152b sont disposés sur le plan de symétrie P du radome 108. L'angle d'incidence peut être évalué à partir d'une formule du type: = K g 1) g a + A (1) gh +g, où a est l'angle d'incidence, Ka est le coefficient linéaire des capteurs principaux 152a-b relatif à l'angle d'incidence, A est une constante et ga et gb sont les valeurs données par les capteurs principaux 152a-b. Le coefficient Ka et la constante A sont déterminés par calcul, par exemple en effectuant des simulations de la déformation du radome 108 sous l'effet de la pression de l'air, ou expérimentalement. Le cas échéant, leur valeur peut être différente en fonction des plages de valeur des différents capteurs, afin de prendre en compte d'éventuels effets non linéaires de la déformation du radome 108. La vitesse conventionnelle ("calibrated airspeed" en Anglais) peut être évaluée à partir d'une formule du type: V, = f (PT Ps) (2) où V, est la vitesse conventionnelle, f est une fonction, PT est la pression totale et Ps est la pression statique. La pression statique peut être déterminée à partir d'instruments de mesure appropriés ou à partir de données comme l'altitude GPS. La pression totale peut être obtenue par une formule du type: PT =Ki(ga+gb)+B (3) où K1 est un coefficient linéaire des capteurs principaux 152a-b relatif à la pression et B est une constante. Selon une alternative, les valeurs de sortie des capteurs principaux 152a-b sont représentatives de la différence (PT -Ps), puisque la pression à l'intérieur du radome 108 est sensiblement égale à P. La différence de pression peut être obtenue par une formule du type: -Ps =K2(ga+gb)+C (4) où K2 est un coefficient relatif à la différence de pression et C est une constante. Les coefficients K1, K2 et les constantes B, C sont déterminés par calcul, par exemple en effectuant des simulations de la déformation du radome 108 sous l'effet de la pression de l'air, ou expérimentalement. Le cas échéant leur valeur peut être différente en fonction des plages de valeur des différents capteurs, afin de prendre en compte d'éventuels effets non linéaires de la déformation du radome 108. Pour mesurer l'angle de dérapage de l'aéronef, le système de mesure 150 comporte deux capteurs complémentaires 152c-d, qui sont de préférence du même type que les deux capteurs principaux 152a-b et connectés à l'unité de traitement 154. Les deux capteurs complémentaires 152c-d sont disposés symétriquement de part et d'autre du plan de symétrie P. Chaque capteur complémentaire 152c-d est également fixé au radome 108 et apte à délivrer une valeur de sortie relative à la déformation qu'il subit, et l'unité de traitement 154 est alors apte à recevoir lesdites valeurs de sortie et à calculer l'angle de dérapage de l'aéronef à partir de ces valeurs de sortie. L'angle de dérapage peut être évalué à partir d'une formule du type: (5) gd gc où p est l'angle de dérapage, K est le coefficient linéaire des capteurs complémentaires 152c-d relatif à l'angle de dérapage, D est une constante et g, et gd sont les valeurs données par les capteurs complémentaires 152c-d. Le coefficient K et la constante D sont déterminés par calcul, par exemple en effectuant des simulations de la déformation du radome 108 sous l'effet de la pression de l'air, ou expérimentalement. Le cas échéant leur valeur peut être différente en fonction des plages de valeur des différents capteurs, afin de prendre en compte d'éventuels effets non linéaires de la déformation du radome 108. Les caractéristiques des capteurs 152a-d et du radome 108 peuvent varier au cours du temps et d'un aéronef à un autre, il est donc préférable d'envisager un procédé de mise à jour au cours duquel les valeurs des différents coefficients Ka, K1, K2, K et les constantes A, B, C, D sont mises à jour. La Fig. 3 montre un organigramme d'un procédé de mise à jour 300. Dans le cas où le système de mesure 150 mesure l'angle d'incidence et la vitesse de l'aéronef, le procédé de mise à jour consiste en: - une étape de réception 302 au cours de laquelle l'unité de traitement 154 reçoit une série de valeurs de l'angle d'incidence et de la vitesse depuis d'autres instruments de l'aéronef, il s'agit par exemple des valeurs de vitesse données par les tubes Pitot et des valeurs d'incidence données par les sondes d'incidence, - une étape de comparaison 304 au cours de laquelle l'unité de traitement 154 compare les séries de valeurs ainsi reçues aux séries de valeurs correspondantes calculées à partir des valeurs de sortie, - pour chaque couple de séries de valeurs ainsi comparées, lorsque la comparaison est négative, une étape de mise à jour 306 au cours de laquelle l'unité de traitement 154 met à jour le coefficient Ka, K1, K2 et/ou les constantes A, B, C 20 correspondants. Lorsque la comparaison est positive, il n'y a pas de mise à jour. La comparaison est négative lorsque la différence, en valeur absolue, entre un couple de valeurs comparées ou entre les moyennes des séries de valeur comparées est supérieure à un seuil prédéterminé, et la comparaison est positive lorsque la 25 différence, en valeur absolue, entre les couples de valeurs comparées ou entre les moyennes des séries de valeur comparées est inférieure à ce seuil prédéterminé. La mise à jour consiste à trouver le coefficient Ka, K1, K2 et/ou les constantes A, B, C pour lequel les valeurs de sortie donnent les valeurs reçues, il suffit pour ce faire de réaliser une interpolation numérique pour calculer l'angle d'incidence et la vitesse à 30 partir des valeurs de sortie. Dans le cas où le système de mesure 150 mesure également l'angle de dérapage de l'aéronef, - l'étape de réception 302 consiste en outre pour l'unité de traitement 154 à recevoir une série de valeurs de l'angle de dérapage depuis d'autres instruments de l'aéronef, il s'agit par exemple des valeurs données par des sondes de dérapage. - l'étape de comparaison 304 consiste en outre pour l'unité de traitement 154 à comparer la série de valeurs de l'angle de dérapage ainsi reçue aux valeurs correspondantes calculées à partir des valeurs de sortie, - pour ce couple de série de valeurs ainsi comparées, lorsque la comparaison est négative, l'étape de mise à jour 306 consiste pour l'unité de traitement 154 à mettre à jour le coefficient K et/ou la constante D correspondants. L'unité de traitement 154 comporte à cette fin: - des moyens de réception destinés à recevoir une série de valeurs de l'angle d'incidence, de la vitesse, et éventuellement de l'angle de dérapage depuis d'autres instruments de l'aéronef, - des moyens de comparaison destinés à comparer chaque série de valeurs ainsi reçue à la série de valeurs correspondante calculée à partir des valeurs de sortie, et - des moyens de mises à jour destinés à mettre à jour le coefficient Kc, Ki, K2, et/ou les constantes A, B, C, D correspondants pour lesquels les moyens de comparaison ont émis un signal négatif Pour éviter que les mises à jour n'introduisent des erreurs dans les coefficients Kc, K, 4, et les constantes A, B, C, D, le procédé de mise à jour peut se faire en prenant en compte les valeurs collectées sur une durée relativement longue, par exemple les données collectées lors d'un vol précédent. Les valeurs prises en compte sont, dans ce cas, préférentiellement celles qui ont été collectées sur des périodes pendant lesquelles les mesures effectuées par les autres instruments de l'aéronef sont certaines, par exemple lorsque les conditions de vol sont telles qu'il n'y a pas de risque de gel des tubes Pitot ou des autres capteurs. Dans le mode de réalisation de l'invention décrit ci-dessus, les capteurs sont fixés au radome de l'aéronef qui est particulièrement adapté à la mesure des caractéristiques du vecteur vitesse de l'aéronef. En effet, sa situation à l'extrémité de la pointe avant lui permet de recevoir directement la pression exercée par le flux d'air, sans perturbation. De plus, le radome n'étant pas une pièce structurelle de l'aéronef, il présente une rigidité relativement faible lui permettant de se déformer relativement facilement sous l'action de la pression de l'air. Il est cependant également possible de mettre en oeuvre l'invention sur une autre surface frontale de l'aéronef, c'est-à-dire sur une autre surface étant en contact frontal avec le flux d'air résultant du déplacement de l'aéronef Cette surface frontale peut être une autre surface de la pointe avant de l'aéronef, ou un bord d'incidence d'une aile ou de l'empennage de l'aéronef. REVENDICATIONS1) Système de mesure (150) destiné à mesurer des caractéristiques du vecteur vitesse d'un aéronef par rapport à une masse d'air environnante, ledit système de mesure (150) comportant : - une surface frontale (108) de l'aéronef, - deux capteurs principaux (152a-b), chacun étant fixé à la surface frontale (108) de l'aéronef, chacun étant apte à délivrer une valeur de sortie relative à la déformation qu'il subit, et - une unité de traitement (154) apte à recevoir lesdites valeurs de sortie et à calculer l'angle d'incidence et/ou la vitesse de l'aéronef à partir de ces valeurs de sortie. 2) Système de mesure (150) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux capteurs complémentaires (152c-d), chaque capteur complémentaire (152c-d) étant fixé à la surface frontale (108) et apte à délivrer une valeur de sortie relative à la déformation qu'il subit, et en ce que l'unité de traitement (154) est apte à recevoir lesdites valeurs de sortie des deux capteurs complémentaires (152c-d) et à calculer un angle de dérapage de l'aéronef à partir de ces valeurs de sortie. 3) Système de mesure (150) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite surface frontale est un radome (108) situé à l'avant de l'aéronef 4) Système de mesure (150) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un des capteurs principaux (152a) est disposé en partie haute du radome (108), et en ce que l'autre capteur principal (152b) est disposé en partie basse du radome (108). 5) Système de mesure (150) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux capteurs principaux (152a, 152b) sont disposés sur un plan de symétrie P du radome (108). 6) Système de mesure (150) selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les deux capteurs complémentaires (152c-d) sont disposés symétriquement de part et d'autre d'un plan de symétrie P du radome (108). 7) Système de mesure (150) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que pour chaque capteur (152a-d) la variation de la valeur de sortie est proportionnelle à la déformation qu'il subit. 8) Système de mesure (150) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'unité de traitement (154) comporte: - des moyens de réception destinés à recevoir une série de valeurs de l'angle d'incidence, de la vitesse, et éventuellement de l'angle de dérapage depuis d'autres instruments de l'aéronef, - des moyens de comparaison destinés à comparer chaque série de valeurs ainsi reçue à la série de valeurs correspondante calculée à partir des valeurs de sortie, et - des moyens de mises à jour destinés à mettre à jour les coefficients et/ou les constantes correspondants pour lesquels les moyens de comparaison ont émis un signal négatif 9) Aéronef comportant une surface frontale (108) et un système de mesure (150) selon l'une des revendications 1 à 8. 10) Procédé de mise à jour d'un système de mesure (150) selon la revendication 7 20 comportant: - une étape de réception (302) au cours de laquelle l'unité de traitement (154) reçoit une série de valeurs de l'angle d'incidence, de la vitesse et éventuellement de l'angle de dérapage depuis d'autres instruments de l'aéronef, - une étape de comparaison (304) au cours de laquelle l'unité de traitement (154) 25 compare les séries de valeurs ainsi reçues aux séries de valeurs correspondantes calculées à partir des valeurs de sortie, - pour chaque couple de séries de valeurs ainsi comparées, lorsque la comparaison est négative, une étape de mise à jour (306) au cours de laquelle l'unité de traitement (154) met à jour les coefficients et/ou les constantes correspondants. 30