Brevet FR3044358A1 — publié le 20170602

Procédé de contrôle de la poussée des réacteurs d'un avion pendant la phase de décollage, dispositif de contrôle et avion correspondant DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à un procédé de contrôle de la poussée des réacteurs d'un avion permettant d'optimiser la performance de l'avion au décollage, à un dispositif de contrôle permettant la mise en oeuvre de ce procédé, et à un avion comprenant un tel dispositif de contrôle. ART ANTERIEUR Pour décoller, un avion commercial multi-réacteurs accélère, en roulant au sol, depuis une position arrêtée jusqu'à décoller du sol. Au cours de cette accélération, l'avion atteint d'abord sa vitesse minimum de contrôle au sol VmcG, qui est la vitesse minimum nécessaire pour que l'avion reste latéralement contrôlable par le pilote, en cas de panne de l'un de ses réacteurs. En continuant son accélération, l'avion atteint sa vitesse de décision, ou vitesse critique V1, en dessous de laquelle le pilote peut décider d'interrompre le décollage, et au-dessus de laquelle il est obligé de poursuivre le décollage. Cette vitesse critique V1 est obligatoirement supérieure à la vitesse minimum de contrôle au sol VmcG mais elle peut être, dans certains cas, très proche de celle-ci. Pour éviter une sortie de piste en cas d'interruption du décollage, l'avion doit être capable d'accélérer jusqu'à sa vitesse critique V1, puis de freiner jusqu'à l'arrêt complet, en parcourant une distance, désignée par l'expression anglaise « Accelerate-Stop Distance » ou par l'acronyme « ASD », qui doit être inférieure à la longueur de la piste disponible. Cette longueur de piste disponible est parfois désignée par l'expression anglaise « Accelerate-Stop Distance Available » ou par l'acronyme « ASDA ». Elle peut dans certains cas être supérieure à la longueur de la piste elle-même, quand la piste est suivie d'un prolongement sur lequel l'avion peut rouler dans des conditions exceptionnelles. En poursuivant son accélération après avoir dépassé la vitesse critique V1, l'avion atteint sa vitesse de rotation VR. Quand l'avion atteint cette vitesse, le pilote agit sur les gouvernes pour faire décoller l'avion. 3044358 2 La vitesse minimum de contrôle au sol VmcG, la vitesse critique V1 et la vitesse de rotation VR sont déterminées, conformément aux exigences règlementaires, en fonction de mesures effectuées lors d'essais de l'avion et de paramètres tels que la masse maximum de l'avion au décollage (souvent 5 désignée par l'expression anglaise « Maximum Take Off Weight » ou par l'acronyme « MTOW »), la puissance de poussée des réacteurs de l'avion, la longueur de la piste de décollage et les conditions atmosphériques du jour (température, pression). Quand la piste de décollage est relativement courte, la distance ASD doit 10 être réduite, par rapport à la distance ASD utilisée sur une piste longue, afin de rester inférieure à la longueur de piste disponible. Cette réduction de la distance ASD peut être obtenue en diminuant la masse maximum de l'avion au décollage MTOW ou en diminuant la vitesse critique V1. La diminution de la masse maximum au décollage MTOW nécessite de 15 réduire la quantité de carburant ou de réduire la masse utile transportée. Cette diminution affecte la rentabilité du vol et est donc évitée autant que possible. On cherche au contraire, en général, à augmenter cette masse La diminution de la vitesse critique V1 nécessite souvent, quand la piste de décollage est courte, de réduire la vitesse minimum de contrôle au sol VmcG. Cette 20 diminution peut être obtenue en réduisant le niveau de la poussée des réacteurs. En effet, avec une valeur de poussée réduite (appelée par l'expression anglaise « derate thrust »), la vitesse minimum de contrôle au sol VmcG est réduite, et l'avion est plus facilement contrôlable en cas de panne de l'un de ses réacteurs. Le levier de commande de poussée des réacteurs d'un avion comprend ainsi une 25 commande permettant de réduire la poussée, selon un taux de réduction souhaité. Sur certaines pistes de décollage de faible longueur, la masse maximum au décollage MTOW peut donc être plus importante avec une poussée réduite des réacteurs qu'avec la poussée nominale des réacteurs. Cependant, il reste des configurations, sur des pistes de décollage de faible longueur, dans lesquelles l'utilisation de la poussée réduite des réacteurs n'est pas suffisante pour éviter des limitations de la masse maximum au décollage MTOW, et donc de la performance de l'avion au décollage. 3044358 3 OBJECTIFS DE L'INVENTION La description ci-après présente un procédé de contrôle, et un dispositif permettant de le mettre en oeuvre, qui remédient à au moins certains des inconvénients de l'art antérieur. 5 En particulier, ce procédé a pour objectif de permettre une augmentation de la masse maximale au décollage d'un avion commercial, lorsque la longueur trop faible de la piste de décollage limite cette masse. EXPOSE DE L'INVENTION 10 Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront plus clairement par la suite, sont atteints à l'aide d'un procédé de contrôle de la poussée des réacteurs d'un avion multi-réacteurs, pendant la phase de décollage de l'avion, qui se caractérise en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - une première étape de commande des réacteurs à un premier niveau 15 de poussée P1, jusqu'à ce que l'avion atteigne une première vitesse prédéterminée VA ; - une seconde étape de commande des réacteurs à un second niveau de poussée P2, inférieur au premier niveau de poussée P1, quand l'avion présente une vitesse supérieure à la première vitesse prédéterminée 20 VA; la première vitesse prédéterminée VA étant choisie inférieure à la vitesse minimale de contrôle au sol VMCG dudit avion quand les réacteurs sont au second niveau de poussée P2. Selon un mode de réalisation préférentiel, le procédé de contrôle comprend 25 une troisième étape de commande des réacteurs à un troisième niveau de poussée P3, supérieur au second niveau de poussée P2, quand l'avion présente une vitesse supérieure à une seconde vitesse prédéterminée VB, ladite seconde vitesse prédéterminée VB étant choisie supérieure à la vitesse minimale de contrôle au sol VMCG dudit avion quand les réacteurs sont au troisième niveau de 30 poussée P3. Avantageusement, le troisième niveau de poussée P3 est égal audit premier niveau de poussée P1. 3044358 4 De préférence, le premier niveau de poussée PI est égal au niveau de poussée maximal pouvant être obtenu par le pilote. Préférentiellement, le second niveau de poussée P2 est compris entre 80% et 95% du premier niveau de poussée P1. 5 La présente invention concerne également un dispositif de contrôle de la poussée des réacteurs d'un avion multi-réacteurs, pendant la phase de décollage de l'avion, comprenant un calculateur embarqué dans l'avion et apte à commander le niveau de poussée des réacteurs de l'avion, qui se caractérise en ce qu'il comprend un programme informatique, mis en oeuvre par ledit calculateur, et apte 10 à commander le niveau de poussée des réacteurs de l'avion selon le procédé décrit ci-dessus. La présente invention concerne également un avion multi-réacteurs, comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus. 15 LISTE DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels : 20 - la figure 1 est une représentation schématique d'un avion subissant une panne d'un réacteur, lors de son accélération pour le décollage ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un avion accélérant sur une piste de décollage et des vitesses associées, pour deux niveaux de poussée des réacteurs ; 25 - la figure 3 est une représentation schématique d'un avion accélérant sur une piste de décollage et des vitesses associées, lors de la mise en oeuvre d'un procédé de contrôle de la poussée des réacteurs selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est un graphique illustrant, pour un avion donné, la masse 30 maximale au décollage en fonction de la longueur de piste disponible, pour plusieurs configurations ; 3044358 5 - la figure 5 représente schématiquement le niveau de poussée des réacteurs en fonction de la vitesse de l'avion, lors de la mise en oeuvre du procédé de contrôle illustré par la figure 3 ; - la figure 6 représente schématiquement les étapes du procédé de contrôle 5 de la poussée des réacteurs illustré par la figure 3. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION La figure 1 représente schématiquement un avion 1 équipé de deux 10 réacteurs 11 et 12 et roulant sur une piste 2, quand son réacteur 11 s'arrête inopinément. La poussée du réacteur 12, représentée par la flèche 120, engendre un moment M1 qui tend alors à faire pivoter l'avion comme le représente la flèche 21, et donc à le faire dévier de la piste 2. Le pilote compense alors cette rotation en agissant sur la gouverne de direction 13 de l'avion afin de générer une force 15 représentée par la flèche 130, qui engendre un moment M2 tendant à faire pivoter l'avion comme le représente la flèche 22. La dérive engendrée par la gouverne de direction 13 est fonction de la vitesse de déplacement de l'avion 1. Le mouvement latéral de l'avion peut alors être contrôlé par le pilote uniquement si le moment M2 est au moins égal au moment M1, ce qui implique 20 que la vitesse de déplacement de l'avion 1 soit supérieure à une vitesse minimale de contrôle au sol, notée VivicG, qui est déterminé notamment en fonction de résultats d'essais de l'avion, et de la poussée de chaque réacteur 11 et 12. En effet, quand le réacteur 12, fonctionnant lors de la panne du réacteur 11, exerce une poussée plus faible, cette poussée engendre un moment M1' plus 25 faible. La vitesse minimale de contrôle au sol VmcG nécessaire pour que la dérive engendre un moment compensant ce moment M1' est alors plus faible. La figure 2 représente schématiquement l'avion 1 en plusieurs positions sur la piste de décollage 2, et les vitesses de cet avion au cours de sa progression sur la piste, quand ses deux réacteurs fonctionnent normalement. La distance 30 parcourue par l'avion 1 sur la piste de décollage est représentée en abscisse, et sa vitesse est représentée en ordonnée. Dans la position 20, l'avion 1 est immobile. Il accélère par la suite, grâce à la poussée de ses réacteurs. 3044358 6 Quand la poussée de ses réacteurs est la poussée nominale (usuellement désignée par l'expression anglaise « Take Off / Go Around » ou par l'acronyme TO/GA), la vitesse de l'avion augmente, au fur et à mesure de son déplacement, selon la courbe 31. Elle atteint la vitesse critique V1, obligatoirement supérieure à 5 la vitesse minimale de contrôle au sol VmcG, quand l'avion est dans la position 201, puis atteint la vitesse de rotation VR, à laquelle le pilote fait décoller l'avion, quand l'avion atteint la position 202. Quand la poussée des réacteurs est réduite par rapport à la poussée nominale, la vitesse de l'avion augmente, au fur et à mesure de son déplacement, 10 selon la courbe 32. Du fait de la poussée plus faible des réacteurs, la vitesse minimum de contrôle au sol est réduite à la valeur notée VMCG', ce qui permet de réduire la vitesse critique à la valeur notée V1', inférieure à V1. L'avion atteint cette vitesse critique V1', quand l'avion est dans la position 201', puis atteint la vitesse de rotation VR quand l'avion atteint la position 202'. La distance de piste parcourue 15 pour atteindre la vitesse critique étant inférieure quand la poussée est réduite, la distance ASD est réduite. Dans le cas où cette distance ASD conditionne la longueur de piste nécessaire, la longueur de la piste de décollage peut être réduite. Sur une piste courte, nécessitant de réduire la distance ASD, l'utilisation d'une poussée réduite permet donc d'augmenter la masse maximum au décollage 20 MTOW. La figure 4 représente des courbes illustrant cette augmentation, pour des conditions données, notamment d'altitude et de température, et pour un avion donné. Le graphique de cette figure montre, en abscisse, la longueur de piste disponible, notée par l'expression anglaise « Runway Length » et exprimée an 25 mètres, et en ordonnée la masse maximale au décollage, notée MTOW et exprimée en tonnes. La courbe 401 représente la masse maximum au décollage MTOW d'un avion commercial, en fonction de la longueur de la piste de décollage, quand la poussée des réacteurs est nominale (TO/GA). La courbe 402 représente la masse maximum au décollage MTOW de cet avion, en fonction de la longueur 30 de piste, quand la poussée des réacteurs est réduite par rapport à la poussée nominale. Selon ces courbes, quand la longueur de piste est inférieure à une longueur L1, la masse maximum au décollage MTOW est plus grande avec la poussée 3044358 7 réduite qu'avec la poussée nominale. En revanche, pour une longueur de piste plus grande, la masse maximale au décollage est supérieure avec la poussée nominale. En effet, pour une piste courte, la masse maximum au décollage MTOW est limitée principalement par des contraintes liées à la vitesse minimale de 5 contrôle au sol VMCG. Pour une piste plus longue, la masse maximum au décollage MTOW est limitée par d'autres facteurs, et la diminution de la vitesse minimale de contrôle VMCG ne permet pas de l'augmenter. Pour optimiser la masse maximum de l'avion au décollage MTOW, il est prévu, selon un mode de réalisation de l'invention, de contrôler la poussée des 10 réacteurs selon un procédé qui modifie le niveau de poussée au cours de la phase d'accélération de l'avion pour le décollage. La figure 3 représente schématiquement l'avion 1, équipé d'un dispositif de contrôle de la poussée permettant la mise en oeuvre de ce procédé, en plusieurs positions sur la piste de décollage 2, et les vitesses de cet avion au cours de sa 15 progression sur la piste. La distance parcourue par l'avion sur la piste de décollage est représentée en abscisse, et sa vitesse est représentée en ordonnée. Dans la position 20, l'avion 1 est immobile. Il accélère par la suite, grâce à la poussée de ses réacteurs. Au début de l'accélération, le dispositif de contrôle maintient la poussée des 20 réacteurs à un niveau élevé P1, de préférence à la poussée nominale TO/GA. La vitesse de l'avion augmente, selon la courbe 33, jusqu'à atteindre une vitesse VA. Quand l'avion atteint cette vitesse, le dispositif de contrôle de poussée diminue la poussée à un niveau réduit P2, inférieur au niveau P1. Une vitesse minimale de contrôle au sol VMCG' est associée au niveau de 25 poussée P2. P2 étant inférieur à P1, cette vitesse Vmcd est inférieure à la vitesse minimale de contrôle au sol VMCG associée au niveau de poussée P1. La vitesse VA est, selon l'invention, choisie inférieure à la vitesse Vmcd associée au niveau de poussée P2. Plus précisément, la vitesse VA est choisie de telle manière que le niveau de poussée des réacteurs soit égal à P2 avant que l'avion ait atteint la 30 vitesse VMCG', ou au même moment. Ainsi, la poussée PI (en pratique, la poussée nominale TO/GA) est utilisée au début de l'accélération de l'avion, afin que cette accélération soit plus forte. A l'approche de la vitesse minimale de contrôle au sol de l'avion, la poussée diminue, afin de diminuer la valeur de la vitesse minimale 3044358 8 de contrôle au sol. L'avion atteint donc sa vitesse minimale de contrôle au sol sur une distance plus courte que dans l'art antérieur, dans la mesure où son accélération peut être maximale sur la quasi-totalité de cette distance, et que la vitesse à atteindre est réduite comme dans les solutions de l'art antérieur mettant 5 en oeuvre une poussée réduite. La vitesse minimale de contrôle au sol étant réduite, il est possible de choisir une valeur de la vitesse critique V1' qui soit réduite. Ainsi, la distance parcourue par l'avion jusqu'à la position 201", ou il atteint sa vitesse critique V1' est plus courte, dans le mode de réalisation illustré par la figure 3, que dans les 10 solutions de l'art antérieur illustrées par la figure 2, ce qui permet de réduire la distance ASD sans modifier la masse maximum au décollage MTOW. Sur la figure 4, la courbe 403 représente la masse maximum au décollage MTOW de l'avion, en fonction de la longueur de piste, quand la poussée des réacteurs est commandée selon le procédé de contrôle selon l'invention. Comme le montre 15 cette courbe, l'utilisation d'un tel procédé de contrôle de la poussée des réacteurs permet d'augmenter la masse maximum au décollage MTOW, par rapport aux solutions utilisées dans l'art antérieur, quand la piste est relativement courte, ici inférieure à une longueur L2. Selon un mode de réalisation possible, le dispositif de contrôle des 20 réacteurs maintient la poussée des réacteurs à un niveau réduit par rapport à leur poussée nominale, pendant la suite de la procédure de décollage. Selon un autre mode de réalisation particulièrement avantageux, qui est représenté par la figure 3, le dispositif de contrôle des réacteurs augmente de nouveau la poussée des réacteurs jusqu'à un niveau P3 quand l'avion atteint une 25 vitesse VB supérieure à la vitesse minimale de contrôle VMCG associée à ce niveau de poussée P3 des réacteurs. Ce niveau de poussée P3 est supérieur au niveau P2 et peut être, dans le mode de réalisation représenté par la figure 3, égal au niveau de poussée P1 et préférentiellement égal au niveau nominal de poussée TO/GA. Ainsi, dans ce cas, la réduction de la poussée des réacteurs n'intervient 30 que quand la vitesse de l'avion est proche de la vitesse critique V1. L'avion bénéficie dans ce cas, pendant la plus grande partie de la phase de décollage, de la poussée nominale TO/GA, et la vitesse de rotation VR est atteinte à une position 3044358 9 202", sur une distance plus courte que quand la poussée est réduite pendant toute la phase de décollage. Dans la description présentée ci-dessus, les réacteurs appliquent un niveau de poussée PI constant depuis la position arrêtée de l'avion jusqu'à ce qu'il 5 atteigne la vitesse prédéterminée VA, et un niveau de poussée P2 constant au- dessus de cette vitesse prédéterminée VA et jusqu'à atteindre une troisième vitesse prédéterminée VB. Dans l'application réelle de ces modes de réalisation, il est cependant possible, sans sortir du cadre de l'invention, que le niveau de poussée varie légèrement autour de cette valeur P1, en dessous de la vitesse VA, 10 ou autour de la vitesse P2, au-dessus de la vitesse VB. De plus, la transition entre deux niveaux de poussée des réacteurs, par exemple entre le niveau de poussée PI et P2 est nécessairement progressive, la dynamique du réacteur ne permettant pas un changement instantanée. Ainsi, dans la pratique, le passage du niveau de poussée PI au niveau P2 se fait 15 progressivement en quelques secondes, entre le moment où l'avion atteint la vitesse VA et le moment où il atteint la vitesse Vmcd associée au niveau de poussée P2. De même, le passage du niveau de poussée P2 au niveau P3 se fait progressivement en quelques secondes, après le moment où l'avion atteint la vitesse VB. Cette évolution du niveau de poussée est représentée 20 schématiquement par la courbe de la figure 5, qui représente le niveau P de poussée des réacteurs en fonction de la vitesse V de l'avion, lors de la mise en oeuvre de ce procédé La figure 6 représente les différentes étapes du procédé de contrôle de la poussée des réacteurs, dans le mode de réalisation représenté par la figure 3. Au 25 cours d'une première étape 601 du procédé, le niveau de poussée est amené à la valeur P1, préférentiellement égale au niveau nominal de poussée TO/GA, pour faire accélérer l'avion jusqu'à la vitesse VA. Quand l'avion atteint la vitesse VA le niveau de poussée diminue, au cours de la seconde étape 602 du procédé, jusqu'à la valeur P2, avant que l'avion atteigne la vitesse VMCG' associée à ce 30 niveau de poussée P2. Quand la vitesse de l'avion a dépassé la vitesse VMCG associée au niveau de poussée P3 (qui est ici égal à Pl) et à atteint la vitesse VB, le niveau de poussée P est augmenté jusqu'à la valeur P3, au cours de la troisième étape 603 du procédé. Comme indiqué précédemment, il est possible 3044358 10 dans un autre mode de réalisation de l'invention de ne pas mettre en oeuvre cette troisième étape 603. De façon préférentielle, pour obtenir une optimisation sensible de la masse maximum au décollage MTOW, le niveau de poussée P2 est compris entre 80% et 5 95% du niveau de poussée P1. De façon avantageuse, le dispositif de contrôle de la poussée selon un mode de réalisation de l'invention est constitué par un calculateur embarqué dans l'avion, et apte à commander la puissance des réacteurs de l'avion. Ce dispositif comprend également un programme informatique mis en oeuvre par ce 10 calculateur, et apte à commander la poussée des réacteurs de l'avion selon un procédé de contrôle selon un mode de réalisation de l'invention. Une commande adaptée dans le poste de pilotage permet au pilote de choisir s'il veut contrôler la poussée des réacteurs, pour le décollage, selon un procédé de contrôle selon un mode de réalisation de l'invention, ou avec selon un procédé de contrôle de l'art 15 antérieur. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de la poussée des réacteurs d'un avion multiréacteurs (1), pendant la phase de décollage de l'avion, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : - une première étape de commande des réacteurs à un premier niveau de poussée P1, jusqu'à ce que l'avion (1) atteigne une première vitesse prédéterminée VA ; - une seconde étape de commande des réacteurs à un second niveau de poussée P2, inférieur audit premier niveau de poussée P1, quand l'avion (1) présente une vitesse supérieure à la première vitesse prédéterminée VA ; ladite première vitesse prédéterminée VA étant choisie inférieure à la vitesse minimale de contrôle au sol VMCG dudit avion (1) quand les réacteurs (11, 12) sont au second niveau de poussée P2. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième étape de commande des réacteurs à un troisième niveau de poussée P3, supérieur au second niveau de poussée P2, quand l'avion (1) présente une vitesse supérieure à une seconde vitesse prédéterminée VB, ladite seconde vitesse prédéterminée VB étant choisie supérieure à la vitesse minimale de contrôle au sol VMCG dudit avion (1) quand les réacteurs (11, 12) sont au troisième niveau de poussée P3. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit troisième niveau de poussée P3 est égal audit premier niveau de poussée P1. 4. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier niveau de poussée P1 est égal au niveau de poussée maximal pouvant être obtenu par le pilote. 3044358 12 5. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le niveau de poussée P2 est compris entre 80% et 95% du niveau de poussée P1. 6. Dispositif de contrôle de la poussée des réacteurs d'un avion multi- 5 réacteurs (1), pendant la phase de décollage de l'avion, comprenant un calculateur embarqué dans l'avion et apte à commander le niveau de poussée des réacteurs de l'avion, caractérisé en ce qu'il comprend un programme informatique, mis en oeuvre par ledit calculateur, et apte à commander le niveau de poussée des réacteurs de l'avion selon le 10 procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Avion multi-réacteurs (1), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon la revendication 6.