Brevet FR3033908A1 — publié le 20160923

Système et procédé d'assistance au pilotage d'un aéronef La présente invention concerne un système d'assistance au pilotage d'un aéronef lors d'un pilotage en mode manuel dudit aéronef. L'invention vise en particulier à assister un pilote lors d'un pilotage en mode manuel, de manière à maintenir la vitesse de l'aéronef dans une plage de vitesse donnée, par exemple pour maintenir la vitesse de l'aéronef en-dessous d'une vitesse maximale autorisée, correspondant à une limite structurale de l'aéronef, et au-dessus d'une vitesse minimale autorisée, associée à une incidence de décrochage aérodynamique de l'aéronef. Afin de maintenir la vitesse d'un aéronef dans une telle plage de vitesse, il est connu de munir l'aéronef d'un système de protection configuré pour limiter l'incidence et l'assiette de l'aéronef, afin d'éviter d'atteindre la vitesse de décrochage de l'aéronef, et pour introduire progressivement, à partir d'une vitesse seuil, une commande de profondeur à cabrer, pour éviter d'atteindre la limite structurale de l'aéronef. Néanmoins, ces solutions ne permettent pas de protéger l'aéronef contre une perte de manoeuvrabilité. Notamment, à basse vitesse, la capacité de l'aéronef à cabrer diminue jusqu'à s'annuler. Dans de telles conditions, le pilote ne dispose plus d'une marge de manoeuvre suffisante en terme d'incidence pour augmenter le facteur de charge de l'aéronef et pour modifier rapidement la trajectoire de l'aéronef. De même, à haute vitesse, la capacité de l'aéronef à piquer diminue jusqu'à s'annuler, altérant la marge de manoeuvre du pilote pour modifier la trajectoire de l'aéronef. Pour résoudre ce problème, il a été proposé de munir l'aéronef d'un système de contrôle de vitesse, activé dès que la vitesse de l'aéronef franchit un seuil prédéterminé, et configuré pour asservir la vitesse de l'aéronef en contrôlant la manette des gaz. Cette solution ne donne pas entièrement satisfaction. En effet, cette solution repose sur la commande de la seule poussée, quelle que soit la configuration de vol de l'aéronef, sans intervenir sur la tramée de l'aéronef, et n'est donc généralement pas optimale. En outre, la mise en oeuvre de la protection, qui implique de passer d'une commande manuelle de la manette des gaz à une commande automatique de cette manette, peut perturber le pilotage manuel de l'aéronef par le pilote. Un but de l'invention est donc de proposer un système d'assistance au pilotage d'un aéronef qui permette d'assister le pilote lors d'un pilotage en mode manuel afin d'éviter d'atteindre des limites de vitesse haute et/ou basse prédéterminées tout en 3033908 2 évitant une perte de manoeuvrabilité de l'aéronef, en perturbant au minimum le pilotage manuel de l'aéronef. A cette fin, l'invention a pour objet un système du type précité, caractérisé en ce que, ledit système comprend : 5 - un module de surveillance, configuré pour comparer en chaque instant une accélération de l'aéronef audit instant à une plage d'accélération autorisée pour l'aéronef audit instant, ladite plage d'accélération autorisée étant fonction d'une vitesse de l'aéronef audit instant, - un module de contrôle d'accélération, commutable entre un état activé et un état 10 désactivé, ledit module de contrôle d'accélération étant configuré pour, dans l'état activé, à l'exclusion de l'état désactivé, générer un signal de commande d'au moins un dispositif de contrôle de l'accélération de l'aéronef en au moins un instant de contrôle en vue de faire tendre l'accélération de l'aéronef vers ladite plage d'accélération autorisée, afin de maintenir ou de faire tendre la vitesse de l'aéronef dans ou vers une plage de vitesse 15 d'emploi prédéfinie, ledit module de surveillance étant configuré pour activer ledit module de contrôle d'accélération à un instant d'activation donné lorsque l'accélération de l'aéronef audit instant d'activation donné n'est pas comprise dans ladite plage d'accélération autorisée. Selon d'autres aspects, le système d'assistance au pilotage comporte l'une ou 20 plusieurs des caractéristiques suivantes : - ledit module de surveillance est configuré pour désactiver ledit module de contrôle d'accélération à un instant de désactivation donné, postérieur audit instant d'activation donné, lorsque l'accélération de l'aéronef audit instant de désactivation donné est comprise dans ladite plage d'accélération autorisée. 25 - ledit dispositif de contrôle d'accélération est compris dans le groupe consistant en un dispositif de modification de la traînée de l'aéronef, un dispositif de modification de la poussée de l'aéronef, et un dispositif de modification de la trajectoire de l'aéronef ; - ladite plage de vitesse d'emploi est définie entre une borne supérieure correspondant à une vitesse maximale d'emploi de l'aéronef, et une borne inférieure 30 correspondant à une vitesse minimale d'emploi de l'aéronef ; - ladite plage d'accélération autorisée est définie par au moins une borne supérieure d'accélération autorisée audit instant, ladite borne supérieure étant fonction d'un écart entre la vitesse de l'aéronef audit instant et la vitesse maximale d'emploi de l'aéronef ; 35 - ladite plage d'accélération autorisée est définie par au moins une borne inférieure d'accélération autorisée audit instant, ladite borne inférieure étant fonction d'un 3033908 3 écart entre la vitesse de l'aéronef audit instant et la vitesse minimale d'emploi de l'aéronef ; - ladite plage de vitesse d'emploi est définie entre une borne supérieure correspondant à une vitesse maximale de manoeuvrabilité de l'aéronef, et une borne 5 inférieure correspondant à une vitesse minimale de manoeuvrabilité de l'aéronef ; - le module de contrôle d'accélération est configuré pour : - comparer une vitesse de l'aéronef audit instant de contrôle à ladite plage de vitesse d'emploi, et pour - générer un signal de commande d'un premier type, si la vitesse de 10 l'aéronef audit instant de contrôle est comprise dans ladite plage de vitesse d'emploi, en vue de maintenir la vitesse de l'aéronef dans ladite plage de vitesse d'emploi, et - générer un signal de commande d'un deuxième type, différent du premier type, si la vitesse de l'aéronef audit instant de contrôle n'est pas comprise dans ladite plage de vitesse d'emploi, en vue de faire tendre la vitesse de l'aéronef vers ladite 15 plage de vitesse d'emploi ; - le signal de commande du premier type est un signal de commande d'au moins un dispositif de modification de la traînée ou de la poussée de l'aéronef, et le signal de commande du deuxième type est un signal de commande d'au moins un dispositif de modification de la trajectoire de l'aéronef ; 20 - le système comprend un dispositif d'affichage d'informations relatives au vol de l'aéronef, lesdites informations comprenant des informations relatives à une variation d'énergie de l'aéronef, ledit dispositif d'affichage étant configure pour représenter sur un écran de visualisation un symbole de variation d'énergie représentatif d'une valeur courante d'une variation d'énergie totale de l'aéronef, et au moins un symbole de borne 25 de variation d'énergie représentatif d'une valeur seuil de ladite variation d'énergie totale, correspondant à une borne de ladite plage d'accélération autorisée. L'invention a également pour objet un procédé d'assistance au pilotage d'un aéronef lors d'un pilotage en mode manuel dudit aéronef au moyen d'un système d'assistance selon l'invention, ledit procédé comprenant: 30 - une étape d'activation, lors de laquelle ledit module de surveillance détecte que l'accélération de l'aéronef à un instant d'activation donné n'est pas comprise dans ladite plage d'accélération autorisée, et active ledit module de contrôle d'accélération, - une étape de génération, par ledit module de contrôle d'accélération activé, d'un signal de commande d'au moins un dispositif de contrôle de l'accélération de l'aéronef en 35 au moins un instant de contrôle en vue de faire tendre l'accélération de l'aéronef vers 3033908 4 ladite plage d'accélération autorisée, afin de maintenir ou de faire tendre la vitesse de l'aéronef dans ou vers ladite plage de vitesse d'emploi. Selon d'autres aspects, le procédé d'assistance au pilotage comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : 5 - ladite étape de génération comprend : - une phase de comparaison d'une vitesse de l'aéronef audit instant de contrôle à ladite plage de vitesse d'emploi, et - une phase de génération d'un signal de commande d'au moins un dispositif de contrôle de l'accélération de l'aéronef d'un premier type, si la vitesse de 10 l'aéronef audit instant de contrôle est comprise dans ladite plage de vitesse d'emploi, en vue de maintenir la vitesse de l'aéronef dans ladite plage de vitesse d'emploi, ou - une phase de génération d'un signal de commande d'au moins un dispositif de contrôle de l'accélération de l'aéronef d'un deuxième type, différent du premier type, si la vitesse de l'aéronef audit instant de contrôle n'est pas comprise dans 15 ladite plage de vitesse d'emploi, en vue de faire tendre la vitesse de l'aéronef vers ladite plage de vitesse d'emploi ; - le signal de commande du premier type est un signal de commande d'au moins un dispositif de modification de la traînée ou de la poussée de l'aéronef, et le signal de commande du deuxième type est un signal de commande d'au moins un dispositif de 20 modification de la trajectoire de l'aéronef ; - le procédé comporte en outre une phase de désactivation, postérieure à ladite étape de génération, lors de laquelle ledit module de surveillance détecte que l'accélération de l'aéronef est comprise dans ladite plage d'accélération autorisée, à un instant de désactivation donné postérieur audit instant d'activation donné, et désactive 25 ledit module de contrôle d'accélération. L'invention sera davantage comprise au regard d'exemples de réalisation de l'invention qui vont maintenant être décrits en faisant référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 illustre de manière schématique un système d'assistance au 30 pilotage selon un mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 2 illustre un mode de représentation par un dispositif d'affichage d'informations relatives à la vitesse et à l'accélération de l'aéronef du système de la figure 1; - la Figure 3 illustre une variante de représentation par le dispositif d'affichage 35 d'informations relatives à la vitesse et à l'accélération de l'aéronef ; 3033908 5 - la Figure 4 est un schéma synoptique illustrant le procédé selon un mode de réalisation de l'invention. On a représenté sur la Figure 1 un système 3 d'assistance au pilotage d'un aéronef 5 selon un mode de réalisation de l'invention. 5 L'aéronef 5 comporte un système de propulsion 7, par exemple un ensemble de moteurs aptes à exercer sur l'aéronef 5 une force de poussée. L'aéronef 5 comporte par ailleurs des dispositifs 9 de modification de la force de traînée exercée par l'air sur l'aéronef 5, appelés par la suite dispositifs de modification de la tramée, par exemple des gouvernes de tramée tels que des aérofreins 11 et des 10 spoilers 13. Les aérofreins 11 sont actionnables entre une position rentrée, dans laquelle les aérofreins 11 n'exercent aucune influence sur la tramée, et une position sortie, dans laquelle les aérofreins 11 augmentent la tramée de l'aéronef 5. Les spoilers 13 sont également actionnables entre une position rentrée, dans 15 laquelle les spoilers 13 n'exercent aucune influence sur la tramée, et une position sortie, dans laquelle les spoilers 13 augmentent la tramée de l'aéronef 5. Lorsque les spoilers 13 sont sortis, ils diminuent par ailleurs la portance de l'aéronef 5. L'aéronef 5 comporte également des dispositifs 17 de modification de la trajectoire de l'aéronef 5, par exemple une gouverne de profondeur et des ailerons. 20 L'aéronef 5 comprend par ailleurs des dispositifs hypersustentateurs, tels que des becs et volets, aptes à modifier la portance de l'aéronef 5. Le système de propulsion 7, les dispositifs 9 de modification de la force de traînée exercée par l'air sur l'aéronef 5 et les dispositifs 17 de modification de la trajectoire de l'aéronef 5 forment des dispositifs de contrôle de l'accélération de l'aéronef. 25 On appellera par la suite configuration aérodynamique de l'aéronef 5 la configuration des becs, des volets et des gouvernes. L'aéronef 5 comporte par ailleurs une pluralité de capteurs 21 permettant de déterminer les valeurs de paramètres de vol de l'aéronef 5, telles que sa position, son altitude z, sa vitesse et son accélération par rapport à l'air et au sol. 30 Par exemple, un anémomètre permet de déterminer une vitesse indiquée VI de l'aéronef 5, qui est la vitesse de l'aéronef 5 par rapport à l'air, directement issue de mesures de pressions. Le système 3 est configuré pour assister l'équipage de l'aéronef 5 lors d'un vol en mode manuel, pour maintenir la vitesse de l'aéronef 5 dans une première plage de 35 vitesse. 3033908 6 Dans la suite de la description, sauf indication contraire, on désignera par « vitesse » de l'aéronef 5 la vitesse indiquée VI, et on désignera par accélération une variation de la vitesse indiquée de l'aéronef 5, qu'il s'agisse d'une accélération positive ou d'une accélération négative, également appelée décélération. 5 Par ailleurs, on appelle « plage », notamment de vitesse ou d'accélération un intervalle de vitesse ou d'accélération défini par au moins une borne à valeur finie. La première plage de vitesse correspond par exemple à une plage de vitesse atteignable par l'aéronef 5. La première plage de vitesse est de préférence définie par une vitesse maximale, 10 notée Vmax, et une vitesse minimale, notée Vmm- La vitesse Vmax correspond par exemple à une limite structurale de l'aéronef 5: il s'agit par exemple d'une vitesse maximale que peut prendre l'aéronef 5 sans risque pour sa structure, notée VD, diminuée d'une marge de sécurité réduite. Par exemple, Vmax = VD - X, où X est de l'ordre de quelques mètres par seconde, par exemple 0 REVENDICATIONS1.- Système (3) d'assistance au pilotage d'un aéronef (5) lors d'un pilotage en mode manuel dudit aéronef (5), ledit système (3) comprenant : - un module (50) de surveillance, configuré pour comparer en chaque instant une accélération de l'aéronef (5) audit instant à une plage d'accélération ([Accmin ; ACCmax]) autorisée pour l'aéronef (5) audit instant, ladite plage d'accélération autorisée ([Acc,,,, ; Accmax]) étant fonction d'une vitesse (VI) de l'aéronef (5) audit instant, - un module (52) de contrôle d'accélération, commutable entre un état activé et un état désactivé, ledit module (52) de contrôle d'accélération étant configuré pour, dans l'état activé, à l'exclusion de l'état désactivé, générer un signal de commande d'au moins un dispositif (7, 9, 11, 13, 17) de contrôle de l'accélération de l'aéronef (5) en au moins un instant de contrôle en vue de faire tendre l'accélération de l'aéronef (5) vers ladite plage d'accélération autorisée ([Accmin ; Accmax]), afin de maintenir ou de faire tendre la vitesse de l'aéronef dans ou vers une plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ;Vmmsup]) prédéfinie, ledit module (50) de surveillance étant configuré pour activer ledit module (52) de contrôle d'accélération à un instant d'activation donné lorsque l'accélération de l'aéronef (5) audit instant d'activation donné n'est pas comprise dans ladite plage d'accélération autorisée ([Accrnin ; Accmax])- 2.- Système (3) d'assistance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit module (50) de surveillance est configuré pour désactiver ledit module (52) de contrôle d'accélération à un instant de désactivation donné, postérieur audit instant d'activation donné, lorsque l'accélération de l'aéronef (5) audit instant de désactivation donné est comprise dans ladite plage d'accélération autorisée ([Accm,,, ; Accmax]). 3.- Système (3) d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif (7, 9, 11, 13, 17) de contrôle d'accélération est compris dans le groupe consistant en un dispositif (9, 11, 13) de modification de la traînée de l'aéronef (5), un dispositif (7) de modification de la poussée de l'aéronef (5), et un dispositif (17) de modification de la trajectoire de l'aéronef (5). 4.- Système (3) d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite plage de vitesse d'emploi ([VMMInf ;VMMSup]) est définie entre une borne supérieure (Vmmsup) correspondant à une vitesse maximale d'emploi de l'aéronef (5), et une borne inférieure (Vmminf) correspondant à une vitesse minimale d'emploi de l'aéronef (5). 5.- Système (3) d'assistance selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite plage d'accélération autorisée ([Accmin ; Accmax]) est définie par au moins une borne 3033908 30 supérieure (Accm') d'accélération autorisée audit instant, ladite borne supérieure (Acc,') étant fonction d'un écart entre la vitesse (VI) de l'aéronef (5) audit instant et la vitesse maximale d'emploi (Vmmsup) de l'aéronef (5). 6.- Système (3) d'assistance selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, 5 caractérisé en ce que ladite plage d'accélération autorisée ([Acc,',n ; Accmax]) est définie par au moins une borne inférieure (Accn,,n) d'accélération autorisée audit instant, ladite borne inférieure (Accm,n) étant fonction d'un écart entre la vitesse (VI) de l'aéronef (5) audit instant et la vitesse minimale d'emploi (Vmminf) de l'aéronef (5). 7.- Système (3) d'assistance selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, 10 caractérisé en ce que ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ;Vmmsup]) est définie entre une borne supérieure (Vmmsup) correspondant à une vitesse maximale de manoeuvrabilité de l'aéronef (5), et une borne inférieure (Vmminf) correspondant à une vitesse minimale de manoeuvrabilité de l'aéronef (5). 8.- Système (3) d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, 15 caractérisé en ce que le module (52) de contrôle d'accélération est configuré pour : - comparer une vitesse (V1) de l'aéronef (5) audit instant de contrôle à ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ;Vmmsup]), et pour - générer un signal de commande d'un premier type, si la vitesse (VI) de l'aéronef (5) audit instant de contrôle est comprise dans ladite plage de vitesse d'emploi 20 ([Vmminf ;Vmmsup]), en vue de maintenir la vitesse de l'aéronef (5) dans ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ;Vmmsup]), et - générer un signal de commande d'un deuxième type, différent du premier type, si la vitesse de l'aéronef (5) audit instant de contrôle n'est pas comprise dans ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ;Vmmsup]), en vue de faire tendre la vitesse de l'aéronef (5) vers 25 ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ;Vmmsupl). 9.- Système (3) d'assistance selon la revendication 8, caractérisé en ce que le signal de commande du premier type est un signal de commande d'au moins un dispositif (7, 9, 11, 13) de modification de la traînée ou de la poussée de l'aéronef (5), et en ce que le signal de commande du deuxième type est un signal de commande d'au moins un 30 dispositif (17) de modification de la trajectoire de l'aéronef (5). 10.- Système d'assistance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (34) d'affichage d'informations relatives au vol de l'aéronef (5), lesdites informations comprenant des informations relatives à une variation d'énergie de l'aéronef (5), ledit dispositif (34) d'affichage étant 35 configuré pour représenter sur un écran (68) de visualisation un symbole de variation d'énergie (80) représentatif d'une valeur courante d'une variation d'énergie totale de 3033908 31 l'aéronef, et au moins un symbole de borne de variation d'énergie (84) représentatif d'une valeur seuil (y, ladite variation d'énergie totale, correspondant à une borne r*min vax -1 M (Acc,',n, Accmax) de ladite plage d'accélération autorisée ([Accmin ; Accmax]. 11.- Procédé d'assistance au pilotage d'un aéronef (5) lors d'un pilotage en mode 5 manuel dudit aéronef (5) au moyen d'un système (3) d'assistance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ledit procédé comprenant: - une étape (120, 134) d'activation, lors de laquelle ledit module (50) de surveillance détecte que l'accélération de l'aéronef (5) à un instant d'activation donné n'est pas comprise dans ladite plage d'accélération autorisée ([ACCmin ; ACCmaxD, et active 10 ledit module (52) de contrôle d'accélération, - une étape (146) de génération, par ledit module (52) de contrôle d'accélération activé, d'un signal de commande d'au moins un dispositif (7, 9, 11, 13, 17) de contrôle de l'accélération de l'aéronef (5) en au moins un instant de contrôle en vue de faire tendre l'accélération de l'aéronef (5) vers ladite plage d'accélération autorisée ([Accmin ; Accmaxl), 15 afin de maintenir ou de faire tendre la vitesse de l'aéronef dans ou vers ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ;Vmmsup]). 12.- Procédé d'assistance selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite étape (146) de génération comprend : - une phase (150) de comparaison d'une vitesse de l'aéronef (5) audit instant de 20 contrôle à ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ; Vmmsup]), et - une phase (152) de génération d'un signal de commande d'au moins un dispositif (7, 9, 11, 13) de contrôle de l'accélération de l'aéronef (5) d'un premier type, si la vitesse de l'aéronef (5) audit instant de contrôle est comprise dans ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ;Vmmsupp, en vue de maintenir la vitesse de l'aéronef (5) dans ladite plage 25 de vitesse d'emploi ([Vmminf ; Vmmsup]), ou - une phase (154) de génération d'un signal de commande d'au moins un dispositif (17) de contrôle de l'accélération de l'aéronef (5) d'un deuxième type, différent du premier type, si la vitesse de l'aéronef (5) audit instant de contrôle n'est pas comprise dans ladite plage de vitesse d'emploi ([Vmminf ; Vmmsup1), en vue de faire tendre la vitesse de l'aéronef 30 (5) vers ladite plage de vitesse d'emploi (Umminf ; Vmmsupl)- 13. Procédé d'assistance selon la revendication 12, caractérisé en ce que le signal de commande du premier type est un signal de commande d'au moins un dispositif (7, 9, 11, 13) de modification de la traînée ou de la poussée de l'aéronef (5), et en ce que le signal de commande du deuxième type est un signal de commande d'au moins un 35 dispositif (17) de modification de la trajectoire de l'aéronef (5). 3033908 32 14.- Procédé d'assistance selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une phase (132) de désactivation, postérieure à ladite étape (146) de génération, lors de laquelle ledit module (50) de surveillance détecte que l'accélération de l'aéronef (5) est comprise dans ladite plage d'accélération autorisée ([Accmin ; Accm']), ) à 5 un instant de désactivation donné, postérieur audit instant d'activation donné, et désactive ledit module (52) de contrôle d'accélération.