Brevet FR3035235A1 — publié le 20161021

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé et un système de commande de vol d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport, selon l'axe de tangage. ÉTAT DE LA TECHNIQUE De façon usuelle, on utilise une loi Nz de contrôle de facteur de charge vertical, pour la commande de l'axe de tangage d'un aéronef pourvu de commandes de vol électriques. L'objet de cette loi Nz est de convertir une commande du pilote (via la déflexion du manche de commande) en une commande de facteur de charge. Cette commande est convertie en ordre de braquage des gouvernes de profondeur de l'aéronef et appliquée à ces dernières. Par ailleurs, on sait que, en particulier sur un avion de transport, et notamment sur un avion de transport militaire, certaines opérations telles que le largage en vol par exemple, rendent nécessaire le maintien de l'assiette longitudinale de manière précise pendant ces opérations, tout en conservant la capacité de contrôle de la trajectoire de l'aéronef avant et durant ces opérations. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour objet de fournir une commande de vol d'un aéronef selon son axe de tangage, permettant au pilote de conserver la même sensibilité que d'habitude lors d'un pilotage actif, tout en permettant de répondre à des contraintes de missions telles que précitées. La présente invention concerne un procédé de commande de vol d'un aéronef selon son axe de tangage, ledit aéronef étant pourvu de commandes de vol électriques et d'un manche de commande apte à être actionné manuellement par un pilote de l'aéronef au moins pour la commande de l'axe 3035235 2 de tangage de l'aéronef, ledit procédé comprenant, au cours d'un vol de l'aéronef, une étape de commande de facteur de charge, mise en oeuvre lors d'un actionnement manuel du manche de commande par le pilote et consistant à déterminer une valeur de commande de facteur de charge 5 représentative de l'actionnement du manche de commande, à calculer à partir de cette valeur de commande de facteur de charge un ordre de braquage et à appliquer cet ordre de braquage à au moins une gouverne de profondeur de l'aéronef. Selon l'invention, ledit procédé comprend également, au cours du vol 10 de l'aéronef : - une étape de commande d'assiette longitudinale, mise en oeuvre en cas d'absence d'actionnement manuel du manche de commande par le pilote et consistant à maintenir l'assiette longitudinale de l'aéronef à une assiette cible ; et 15 - une phase de transition de l'étape de commande de facteur de charge à l'étape de commande d'assiette longitudinale, ladite phase de transition consistant à déterminer et à enregistrer une valeur d'assiette longitudinale courante de l'aéronef à un moment d'enregistrement et à transmettre cette valeur d'assiette longitudinale à l'étape de commande d'assiette longitudinale 20 qui suit, pour qu'elle l'utilise comme assiette cible. Ainsi, grâce à la combinaison des deux étapes de commande (étape usuelle de mise en oeuvre d'une loi de commande de facteur de charge lors d'un actionnement du manche de commande ; étape de mise en oeuvre d'une loi de maintien d'assiette lors d'un relâchement du manche de commande) et 25 la mise en place d'une phase transitoire, on obtient les avantages respectifs des deux étapes, tout en évitant des perturbations non souhaitées lors de la phase de transition et notamment un dépassement de la valeur de l'assiette longitudinale. Plus précisément, grâce à l'invention, la sensibilité de pilotage de 30 l'aéronef est la même que usuellement pour le pilote (c'est-à-dire en appliquant uniquement une loi de commande de facteur de charge), de sorte qu'il n'est pas perturbé et conserve ses sensations de pilotage habituelles, et 3035235 3 on garantit un maintien de l'assiette longitudinale en absence d'entrées (ou commandes ou actionnements) du pilote, ce qui permet de répondre à des contraintes de missions telles qu'un largage en vol par exemple. Bien qu'elle soit plus particulièrement applicable à une phase de 5 largage d'une charge, pour laquelle il est important de maintenir une assiette longitudinale constante pour obtenir un largage précis, la présente invention s'applique à toute phase de vol et à tout type d'aéronef, pour lesquels on cherche à maintenir l'assiette longitudinale constante (et égale à une valeur (ou assiette) cible) en absence de commande du manche de commande par 10 le pilote. Avantageusement : - la phase de transition comprend une sous-étape consistant à déterminer un moment d'activation de la loi de commande d'assiette longitudinale et à ajouter une durée prédéterminée à ce moment d'activation pour obtenir ledit 15 moment d'enregistrement ; et - ladite sous-étape de la phase de transition consiste à déterminer comme moment d'activation de la loi de commande d'assiette longitudinale, le moment où la valeur absolue de l'angle de déflexion du manche de commande est devenue inférieure à une valeur prédéterminée depuis une 20 durée prédéterminée. La présente invention concerne également un système de commande de vol d'un aéronef selon son axe de tangage, ledit système comportant un module de commande de facteur de charge configuré pour, lors d'un actionnement manuel d'un manche de commande par un pilote de l'aéronef 25 au cours d'un vol, calculer, à partir d'une valeur de commande de facteur de charge représentative de l'actionnement du manche de commande, un ordre de braquage et transmettre cet ordre de braquage à au moins une gouverne de profondeur de l'aéronef. Selon l'invention, ledit système comprend de plus : 30 - un module de commande d'assiette longitudinale, configuré pour, en cas d'absence d'actionnement manuel du manche de commande par le pilote au 3035235 4 cours d'un vol, maintenir l'assiette longitudinale de l'aéronef à une assiette cible ; et - un module de gestion de transition, configuré pour déterminer et enregistrer une valeur d'assiette longitudinale courante de l'aéronef à un moment 5 d'enregistrement et transmettre cette valeur d'assiette longitudinale au module de commande d'assiette longitudinale, pour qu'il l'utilise comme assiette cible. Dans un mode de réalisation particulier, ledit système comporte un module de détermination d'un moment d'activation de la loi de commande d'assiette longitudinale, ledit moment d'activation étant utilisé pour déterminer 10 ledit moment d'enregistrement. La présente invention concerne en outre un aéronef, en particulier un avion de transport, et notamment un avion de transport militaire, qui est pourvu d'un système tel que celui spécifié ci-dessus. 15 BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. 20 La figure 1 est le schéma synoptique d'un système de commande de vol, qui illustre un mode de réalisation de l'invention. Les figures 2 et 3 sont les schémas synoptiques d'unités de calcul d'un système de commande de vol. La figure 4 montre l'application en fonction du temps d'un système 25 illustrant l'invention sur un aéronef, en liaison avec la position d'un manche de commande de l'aéronef. La figure 5 est un graphique permettant d'illustrer un effet obtenu par la mise en oeuvre de l'invention. 30 DESCRIPTION DÉTAILLÉE 3035235 5 Le système 1 représenté schématiquement sur la figure 1 et permettant d'illustrer l'invention, est un système de commande de vol d'un aéronef AC (figure 4), en particulier d'un avion de transport, et notamment d'un avion de transport militaire. Ce système 1 de commande de vol (qui fait 5 partie de commandes de vol électriques de l'aéronef AC) est notamment destiné à commander l'aéronef AC autour de son axe de tangage. Ce système 1 embarqué comporte : - au moins une unité 2 de génération d'une valeur de commande de facteur de charge (vertical). L'unité 2 comprend un manche (ou organe) de 10 commande 3 usuel, notamment un mini-manche, apte à être actionné manuellement par un pilote de l'aéronef, et un moyen 4 usuel générant automatiquement une valeur de commande de facteur de charge qui est représentative de l'actionnement dudit manche de commande 3 (comme illustré par une liaison 5 en traits mixtes) ; 15 - un module de commande de facteur de charge (« module 6 » ci-après) qui comprend une unité de calcul 10 usuelle, cette unité de calcul 10 étant configurée pour calculer, de façon usuelle, au moins un ordre de braquage d'au moins une gouverne de profondeur 8 de l'aéronef AC, à partir d'une valeur de commande de facteur de charge reçue via une liaison 7 ; et 20 - au moins une gouverne de profondeur 8 qui est associée à au moins un actionneur 9 usuel et qui est apte à être braquée comme représenté par une double flèche B. L'actionneur 9 est configuré, de façon usuelle, pour agir sur la gouverne de profondeur 8, comme illustré par une liaison 11 en traits mixtes, afin d'appliquer à la gouverne de profondeur 8 un ordre de braquage 25 calculé par le module 6 et reçu via une liaison 12. Dans le cadre de la présente invention, le facteur de charge considéré est un facteur de charge vertical. Le module 6 met en oeuvre une loi usuelle, de type c* ou de type Nz, qui est connue et qui n'est pas décrite davantage dans la description qui suit. 30 Une loi usuelle Nz réalise une commande de facteur de charge, fournissant une stabilité neutre (avec le manche de commande 3 au neutre, l'angle de pente de la trajectoire de vol est conservé à court terme), une 3035235 6 compensation automatique de stabilisateur horizontal (en vol établi, les gouvernes de profondeur sont amenées progressivement à zéro) et une compensation d'assiette latérale en virage jusqu'à 37°. Cette loi Nz permet de contrôler la trajectoire de l'aéronef AC, mais pas son assiette longitudinale. 5 Selon l'invention, ledit système 1 comporte de plus : - un module de commande d'assiette longitudinal (« module 13 » ci-après), qui est configuré pour, en cas d'absence d'actionnement manuel du manche de commande 3 par le pilote au cours d'un vol, maintenir l'assiette longitudinale 0 de l'aéronef AC à une assiette cible Otgt ; et 10 - un module de gestion de transition (« module 14 » ci-après), qui est relié par l'intermédiaire de liaisons 15, 16 et 7 respectivement au moyen 4, au module 13 et au module 6 et qui est configuré pour déterminer et enregistrer une valeur d'assiette longitudinale courante de l'aéronef AC à un moment d'enregistrement précisé ci-dessous et transmettre cette valeur d'assiette 15 longitudinale (déterminée et enregistrée) au module 13 (de commande d'assiette longitudinale) pour qu'il l'utilise comme assiette cible. Le module 13 comprend une unité de calcul 17 (reliée par exemple par une liaison 18 à l'actionneur 9), qui met en oeuvre une loi usuelle de maintien d'assiette longitudinale (loi 0 ci-après). 20 Afin de maintenir l'assiette longitudinale de l'aéronef AC, le module 13 utilise un angle cible (assiette cible Otgt). La loi 0 est une loi de tangage avec un algorithme de type PID (pour « proportionnel intégral dérivé ») avec un objectif d'angle cible. L'assiette cible Otgt est définie entre une valeur maximale Omax usuelle prédéterminée et une valeur minimale Omin usuelle 25 prédéterminée. L'unité de calcul 17 détermine, à l'aide de la loi 0, de façon usuelle, des ordres de braquage de la gouverne de profondeur 8 en fonction notamment de la somme : - de l'intégrale de la différence entre 0 et Otgt, à laquelle est appliqué un gain ; 30 - de la valeur de Otgt, à laquelle est appliqué un gain ; - de l'intégrale de la vitesse de rotation de tangage, à laquelle est également appliqué un gain ; et 3035235 7 - de cette vitesse de rotation de tangage, à laquelle est appliqué un gain. Ainsi, grâce à la combinaison des deux lois de commande (loi Nz de commande de facteur de charge lors d'un actionnement du manche de commande 3 ; loi 0 de maintien d'assiette lors d'un relâchement du manche 5 de commande 3) et la mise en place d'une gestion de la transition entre ces deux lois (via le module 14), le système 1 permet d'obtenir les avantages respectifs des deux lois, tout en évitant des perturbations non souhaitées lors de la phase de transition et notamment un dépassement de la valeur de l'assiette longitudinale. 10 Plus précisément, grâce au système 1 et à la combinaison des modules 6, 13 et 14 notamment, la sensibilité de pilotage de l'aéronef est la même que usuellement pour le pilote (c'est-à-dire en appliquant uniquement une loi de commande de facteur de charge), de sorte qu'il n'est pas perturbé et conserve ses sensations de pilotage habituelles, et on garantit un maintien 15 de l'assiette longitudinale en absence d'entrées (ou commandes ou actionnements) du pilote, ce qui permet de répondre à des contraintes de missions. Le système 1 est particulièrement bien approprié pour le largage d'au moins une charge par l'aéronef AC, pour laquelle il est important de maintenir 20 une assiette longitudinale constante pour réaliser un largage localisé précisément. Toutefois, le système 1 peut être utilisé dans toute phase de vol (et sur tout type d'aéronef), pour laquelle on cherche à maintenir l'assiette longitudinale constante (et égale à une assiette cible) en absence d'actionnement du manche de commande 3 par le pilote. 25 Le système 1 comporte une unité d'activation 19 qui est destinée à l'activation de la loi 0 et qui est intégrée de préférence dans le module 14. Dans un mode de réalisation particulier, représenté sur la figure 2, cette unité d'activation 19 comporte : - un élément de calcul 20 qui calcule la valeur absolue de l'ordre 30 d'actionnement généré sur le manche de commande 3, tel que déterminé par le moyen 4 et reçu via la liaison 15. Ceci permet de prendre en compte un actionnement qu'il soit à piquer ou à cabrer ; 3035235 8 - un élément de calcul 21 qui calcule la dérivée de cette valeur absolue ; - un élément de calcul 22 qui en déduit le signe pour actionner un élément de commutation 23. Cet élément de commutation 23 permet de lier à un filtre 24 une constante lente (unité 25) ou une constante rapide (unité 26). Le filtre 24 5 reçoit la valeur absolue de l'élément de calcul 20 et réalise une hystérésis pour éviter des activations intempestives ; et - un élément de calcul 27 pour comparer la valeur fournie par le filtre 24 à une valeur de seuil et pour envoyer un ordre d'activation par une liaison 28, lorsque la valeur considérée est inférieure au seuil (et le manche de 10 commande 3 est donc proche du neutre). La valeur de la constante rapide (unité 26) est choisie pour commuter très rapidement de la loi 0 vers la loi Nz, tandis que la valeur de la constante lente (unité 25) est choisie pour éviter trop de transitions lors du pilotage. Le système 1 comporte, de plus, une unité de gestion 29 qui est 15 destinée à la gestion de l'assiette cible et qui est intégrée de préférence dans le module 14. Cette unité de gestion 29 comporte, comme représenté sur la figure 3: - un élément de calcul 30 qui reçoit, via la liaison 28, le moment d'activation 20 déterminé par l'unité d'activation 19 (figure 3) et qui lui ajoute une durée de confirmation At prédéterminée pour obtenir un moment d'enregistrement. L'élément de calcul 30 transmet ensuite ce moment d'enregistrement à un élément de mémorisation 31 via une liaison 32 ; et - l'élément de mémorisation 31 qui reçoit la valeur courante de l'assiette 25 longitudinale, via une liaison 33, de moyens usuels (non représentés) de l'aéronef qui mesurent ou déterminent cette assiette longitudinale. L'élément de mémorisation 31 mémorise la valeur courante de l'assiette longitudinale de l'aéronef, telle qu'elle existe audit moment d'enregistrement, et il la transmet comme nouvelle assiette cible via la liaison 30 16 à l'unité 17 du module 13. La combinaison des modules 6, 13 et 14 permet ainsi de gérer la transition de la loi Nz vers la loi 0 afin d'avoir la même sensibilité de l'aéronef 3035235 9 lors du pilotage et un maintien de 0 sans entrée de la part du pilote. Elle permet de maintenir 0 sans entrée du pilote avec la sensibilité de la loi Nz lors du pilotage. La figure 4 illustre un exemple d'application du système 1 à un 5 aéronef AC. Cette figure 4 montre trois phases successives P1, P2 et P3 pour lesquelles : - le manche de commande 3 est au neutre (phase P1) ; - le manche de commande 3 est actionné à cabrer (phase P2) ; et - le manche de commande 3 est ramené au neutre (phase P3). 10 La figure 4 montre également l'évolution de différents paramètres au cours de ces phases P1, P2 et P3, à savoir : - l'activation de la loi Nz (L1) ; - l'activation de la loi 0 (L2) ; - l'évolution de l'assiette cible Otgt ; 15 - l'évolution de la valeur courante 0 de l'assiette longitudinale, qui est définie entre une valeur maximale Omax et une valeur minimale Omin. Plus précisément, pour cet exemple de la figure 4, au début (phase P1), le manche de commande 3 est relâché (position neutre) et la loi 0 (L2) est complètement active, en ciblant une assiette cible 0tgt1. Lors d'un 20 actionnement du pilote sur le manche de commande 3 commandant la trajectoire (phase P2), il apparaît une transition rapide entre la loi 0 (L2) et la loi Nz (L1) et la cible Otgt est forcée à devenir égale à O. En relâchant le manche de commande 3 (phase P3) et après un court délai (At), une nouvelle assiette cible (0tgt2) est figée et la loi 0 (L2) fonctionne complètement 25 permettant un maintien de l'angle d'assiette à cette nouvelle assiette cible 0tgt2 enregistrée. Le temps de confirmation At utilisé dépend de la réponse de l'aéronef en termes d'assiette longitudinale. L'objectif est de figer l'assiette cible et d'activer la loi 0 juste avant un dépassement usuel de 0 (pour l'éviter). 30 Avec cette structure et le choix des constantes lente et rapide, et également du temps de confirmation At, la reprise en termes de 0 est comme représenté sur la figure 5. 3035235 10 La figure 5 montre différents graphiques superposés montrant les évolutions de paramètres au cours du temps t, à savoir : - la valeur de commande de facteur de charge Nzc (facteur de charge commandé) ; 5 - l'assiette longitudinale courante Ornes telle que mesurée ; - l'activation de la loi 0 (L2) ; et - la prise en compte de l'assiette cible Otgt. On s'aperçoit que, grâce à l'invention, il n'apparaît pas de dépassement de l'assiette longitudinale mesurée Ornes au niveau du palier 10 illustré par un cercle C sur la figure 5. REVENDICATIONS1. Procédé de commande de vol d'un aéronef selon un axe de tangage, ledit aéronef (AC) étant pourvu de commandes de vol électriques et d'un manche de commande (3) apte à être actionné manuellement par un pilote de l'aéronef (AC) au moins pour la commande de l'axe de tangage de l'aéronef (AC), ledit procédé comprenant, au cours d'un vol de l'aéronef (AC), une étape de commande de facteur de charge, mise en oeuvre lors d'un actionnement manuel du manche de commande (3) par le pilote et consistant à déterminer une valeur de commande de facteur de charge représentative de l'actionnement du manche de commande (3), à calculer à partir de cette valeur de commande de facteur de charge un ordre de braquage et à appliquer cet ordre de braquage à au moins une gouverne de profondeur (8) de l'aéronef (AC), caractérisé en ce qu'il comprend également, au cours du vol de l'aéronef (AC) : - une étape de commande d'assiette longitudinale, mise en oeuvre en cas d'absence d'actionnement manuel du manche de commande (3) par le pilote et consistant à maintenir l'assiette longitudinale de l'aéronef (AC) à une assiette cible (Otgt) ; et - une phase de transition de l'étape de commande de facteur de charge à l'étape de commande d'assiette longitudinale, ladite phase de transition consistant à déterminer et à enregistrer une valeur d'assiette longitudinale courante de l'aéronef (AC) à un moment d'enregistrement et à transmettre cette valeur d'assiette longitudinale à l'étape de commande d'assiette longitudinale qui suit, pour qu'elle l'utilise comme assiette cible (Otgt). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de transition comprend une sous-étape consistant à déterminer un moment d'activation de la loi de commande d'assiette longitudinale et à ajouter une durée prédéterminée (At) à ce moment d'activation pour obtenir ledit moment d'enregistrement. 3. Procédé selon la revendication 2, 3035235 12 caractérisé en ce que ladite sous-étape de la phase de transition consiste à déterminer comme moment d'activation de la loi de commande d'assiette longitudinale, le moment où la valeur absolue de l'angle de déflexion du manche de commande (3) est devenue inférieure à une valeur prédéterminée 5 depuis une durée prédéterminée. 4. Système de commande de vol d'un aéronef selon un axe de tangage, ledit système (1) comportant un module (6) de commande de facteur de charge configuré pour, lors d'un actionnement manuel d'un manche de commande (3) par un pilote de l'aéronef (AC) au cours d'un vol, calculer, à 10 partir d'une valeur de commande de facteur de charge représentative de l'actionnement du manche de commande (3), un ordre de braquage, et transmettre cet ordre de braquage à au moins une gouverne de profondeur (8) de l'aéronef (AC), caractérisé en ce qu'il comprend de plus : 15 - un module (13) de commande d'assiette longitudinale, configuré pour, en cas d'absence d'actionnement manuel du manche de commande (3) par le pilote au cours d'un vol, maintenir l'assiette longitudinale de l'aéronef (AC) à une assiette cible (Otgt) ; et - un module (14) de gestion de transition, configuré pour déterminer et 20 enregistrer une valeur d'assiette longitudinale courante de l'aéronef (AC) à un moment d'enregistrement et transmettre cette valeur d'assiette longitudinale au module (13) de commande d'assiette longitudinale, pour qu'il l'utilise comme assiette cible (Otgt). 5. Système selon la revendication 4, 25 caractérisé en ce qu'il comporte un module (19) de détermination d'un moment d'activation de la loi de commande d'assiette longitudinale, ledit moment d'activation étant utilisé pour déterminer ledit moment d'enregistrement. 6. Aéronef, 30 caractérisé en ce qu'il comporte un système de commande de vol (1) tel que celui spécifié sous l'une des revendications 4 et 5.