Brevet FR3052251A1 — publié le 20171208

PROCEDE D'OPTIMISATION DES PARAMETRES DE DECOLLAGE D'UN AERONEF [0001]La présente invention concerne un procédé d'optimisation des paramètres de décollage d'un aéronef et notamment d'un système pour commander automatiquement des dispositifs hypersustentateurs d'un aéronef durant le décollage. [0002]On connaît déjà par le document brevet FR2817535, un tel système de commande des dispositifs hypersustentateurs (à savoir des becs et/ou des volets) de l'aéronef comportant des moyens d'actionnement pour déplacer les dispositifs hypersustentateurs, une unité de commande pour commander les moyens d'actionnement et un moyen pour détecter le décollage effectif de l'aéronef, correspondant au moment où les roues de l'aéronef quittent le sol. Au début de la phase de décollage, les dispositifs hypersustentateurs sont amenés dans une première position dans laquelle ils sont déployés et ladite unité de commande est conformée de manière à engendrer, au moins lorsque ledit moyen signale le décollage effectif, un ordre de commande permettant d'amener les dispositifs hypersustentateurs dans une deuxième position dans laquelle ils sont rétractés par rapport à la première position. [0003]Avec un tel système, lors de la phase de décollage : tant que l'aéronef roule sur le sol, les dispositifs hypersustentateurs sont déployés de manière à augmenter la portance de l'aéronef, ce qui a pour conséquence de diminuer les vitesses d'envol et donc de réduire la longueur de piste nécessaire au décollage. Par conséquent, pour un type d'aéronef donné, notamment un avion de transport civil, équipé d'un tel système de commande, on peut soit augmenter sa masse, soit utiliser une piste de décollage plus courte, par rapport à un aéronef du même type non muni dudit système de commande ; et lorsque le décollage effectif est réalisé, c'est-à-dire lorsque les roues de l'aéronef quittent le sol, les dispositifs hypersustentateurs sont amenés dans une position moins déployée (c'est-à-dire moins hypersustentée) de manière à réduire la traînée, ce qui permet d'obtenir 3052251 2 alors une pente de montée augmentée (en considérant une panne éventuelle d'un moteur) permettant un décollage en toute sécurité. [0004] Bien qu'un tel système est satisfaisant et permet de réduire la longueur de décollage, le but de la présente invention est d'améliorer ce système 5 afin d'augmenter la masse décollable et par conséquent le taux de remplissage. [0005] La présente invention a pour objet un procédé d'optimisation des paramètres de décollage d'un aéronef comportant des dispositifs hypersustentateurs et un système pour commander automatiquement lesdits dispositifs hypersustentateurs comportant un levier de commande pour déplacer 10 les dispositifs hypersustentateurs, une unité de commande pour commander la rétraction des dispositifs hypersustentateurs une interface homme-machine pourvue d'un écran de visualisation et d'une interface de saisie, un capteur pour détecter la rétraction des trains d'atterrissage, des dispositifs de mesure de la vitesse de l'aéronef, et un système de contrôle automatique, le procédé 15 comprenant une étape de sélection d'une première configuration des hypersustentateurs au début de la phase de décollage, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre les étapes suivantes : - sélection d'une vitesse d'accélération objective de l'aéronef sur l'interface homme-machine supérieure à la vitesse de passage à 35 pieds, 20 - positionnement du levier de commande sur la position de la première configuration des hypersustentateurs au début de la phase de décollage, - activation du système de contrôle automatique, et en ce qu'à réception par l'unité de commande d'un signal de détection du décollage effective de l'aéronef, de la réception d'un signal de rétractation du train d'atterrissage et d'une confirmation 25 de la vitesse effective de l'aéronef supérieure à une vitesse minimale de consigne d'une deuxième configuration comme étant la configuration suivante dans une liste des consignes connue par l'unité, ladite unité est conformée pour transmettre un ordre de commande permettant d'amener les dispositifs hypersustentateurs dans cette deuxième configuration, dans laquelle les dispositifs 30 hypersustentateurs sont rétractés par rapport à la première configuration et consécutivement accélérer la vitesse de l'aéronef automatiquement vers sa vitesse d'accélération objective. 3052251 3 [0006] Un tel procédé permet avantageusement de réduire la charge du pilote lors des phases de décollage lui permettant de se concentrer sur le contrôle de la trajectoire et d'optimiser les limites de longueur de piste et de pente de montée. 5 [0007] De façon avantageuse, le procédé comprend une étape d'affichage sur l'écran de visualisation de la position objective ainsi que de la position réelle des dispositifs hypersustentateurs. [0008]Selon un mode de réalisation de l'invention, le levier de commande est pourvu d'une motorisation et avantageusement l'unité de commande est 10 conformée pour amener simultanément les dispositifs hypersustentateurs et le levier de commande, via la motorisation, à la position de configuration actuelle de l'aéronef. [0009] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures 15 annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1 illustre un aéronef équipé d'un système de commande selon l'art antérieur, - la figure 2 illustre un système de commande mettant en oeuvre un procédé selon l'invention, et 20 - la figure 3 illustre la position des dispositifs hypersustentateurs et la vitesse de l'aéronef en fonction des différentes étapes successives d'une phase de décollage. [0010]On a représenté à la Fig.1, un aéronef ou avion 2 comportant de manière classique un fuselage 3, auquel sont raccordées, entre autres, deux ailes 25 4 formant la voilure principale, un empennage arrière horizontal formé de deux plans stabilisateurs 5 et une dérive 6. Chacun desdits plans stabilisateurs 5 est pourvu d'une gouverne de profondeur 7, et la dérive 6 est pourvue d'une gouverne de direction 8. De plus, chacune des ailes 4 porte notamment, de façon usuelle, des ailerons 9, des spoilers 10 et de moteurs de propulsion 11, par exemple 30 quatre ou deux moteurs. [0011]Pour améliorer les performances de l'avion 2 au décollage, chacune desdites ailes 4 est, de plus, pourvue de dispositifs hypersustentateurs 3052251 4 usuels, à savoir des becs 12 au bord d'attaque de l'aile 4 et des volets 13 au bord de fuite, susceptibles d'être amenés dans différentes positions ou configurations permettant d'augmenter la portance dudit aéronef 2. [0012] Comme décrit dans le brevet FR2817535, l'aéronef 2 est pourvu 5 d'un système 1 de commande automatique des dispositifs hypersustentateurs 12 et 13 lors de la phase de l'aéronef 2. [0013]Ce système de commande 1, comme visible sur la Fig.2, comporte un levier de commande 15 usuel pour déplacer les dispositifs hypersustentateurs 12 et 13 dans l'une des différentes positions ou configurations possibles, à savoir 10 « très hypersustentée » correspondant à une sortie complète respectivement des becs et des volets, « moyennement hypersustentée » dans laquelle les becs 12 et les volets 13 sont légèrement rétractés, et une position « non hypersustentée » dans laquelle les becs 12 et volets 13 sont respectivement complétement rétractés, et une unité de commande 16 configurée pour automatiquement 15 engendrer des ordres de commandes des dispositifs hypersustentateurs 12 et 13 d'une première position correspondant à une configuration déployée au début de la phase de décollage vers une deuxième position ou configuration correspondant à une position rétractée par rapport à cette première position lorsqu'un capteur 17 transmet un signal de « décollage effectif » de l'aéronef 2 à l'unité de commande 20 16 ainsi que de la réception d'un signal de rétractation du train d'atterrissage par un capteur 22 et d'une confirmation de la vitesse effective de l'aéronef supérieure à une vitesse minimale de consigne de la configuration suivante disponible dans une liste des consignes disponibles. [0014] L'unité de commande 16 est configurée pour automatiquement 25 engendrer un ordre de rétractation depuis une première position ou configuration Cl vers la deuxième position ou configuration C2 lorsque la phase de décollage est confirmée par le capteur 17 et lorsqu'un signal de détection du verrouillage en position rentrée du train d'atterrissage est reçu du capteur 22 et ensuite que la vitesse de l'aéronef est supérieure à la vitesse minimale (VminC2) de la 30 configuration C2 des hypersustentateurs est confirmée par l'unité. 3052251 5 [0015] L'unité de commande 16 est conformée pour calculer la vitesse minimale de la configuration C2 des hypersustentateurs : VminC2 qui est comparée à la vitesse actuelle de l'avion 2 provenant d'un système de mesure de l'avion 18. 5 [0016] Par défaut la deuxième configuration C2 après le décollage est la position suivante dans la liste des configurations disponibles pour le décollage. Par exemple, les séquences de rétractation automatique autorisées sont d'une position « très hypersustentée » vers une position « moyennement hypersustentée » ou d'une position « moyennement hypersustentée » vers 10 « faiblement hypersustentée » ou d'une position « faiblement hypersustentée » vers « non hypersustentée ». [0017]Avantageusement, le système 1 comprend un dispositif d'affichage 20. Ce système d'affichage 20 représente en temps réel la position du levier de commande 15, la position objective des dispositifs hypersustentateurs 15 commandée par l'unité 16 et le mouvement et la position des dispositifs hypersustentateurs 12 et 13 de telle manière que le pilote ait la pleine conscience des consignes du système automatique, de la position actuelle des becs 12 et volets 13 et de la position du levier de commande 15. [0018] Le système 1 de commande automatique comprend en outre une 20 interface homme-machine 19 et un dispositif usuel de contrôle automatique 21 reliés à l'unité 16. L'interface homme-machine 19 permettant l'introduction d'une vitesse de objective V2 avant la phase de décollage qui est supérieure à la vitesse usuelle de l'avion vers 35 pieds (11 mètres) et permettant de provoquer une accélération vers cette vitesse objective V2 également synchronisée avec la 25 rétractation du train d'atterrissage. [0019]Cette vitesse objective V2 est déterminée en fonction des caractéristiques de décollage et de montée de l'avion considérant une panne éventuelle d'un moteur, des caractéristiques de la piste, du relief sous la trajectoire avion et des conditions atmosphériques rencontré au moment du 30 décollage. [0020] Un dispositif de contrôle des paramètres de décollage 23 (tels que décrit par dans le document FR2894045 et introduit par référence dans la 3052251 6 présente demande), mis à disposition du pilote, calcule l'ensemble des paramètres optimisés de décollage en particulier la configuration Cl, la configuration C2, la vitesse de consigne de rotation VR, la vitesse V2 augmentée par rapport à la vitesse à 35 pieds, selon des paramètres de piste donnée et pour 5 des conditions atmosphériques données de façon à maximiser la masse décollable. [0021]Ce dispositif de contrôle des paramètres de décollage 23 calcule l'ensemble des paramètres optimisés de décollage tels que par exemple, la configuration C1, la configuration C2, la vitesse de consigne de rotation VR, la 10 vitesse V2 augmentée par rapport à la vitesse à 35 pieds de façon à respectivement réduire la longueur de décollage et à augmenter la pente à la vitesse V2 après le décollage en considérant la panne d'un moteur. [0022]Ainsi l'activation du dispositif de « contrôle automatique » 21 armée avant la phase de décollage permet une activation déclenchée à partir de la 15 rétractation du train d'atterrissage, permettant ainsi une automatisation complète de l'accélération et le suivi de vitesse objective V2 dans la phase de décollage. Ainsi la charge du pilote est encore réduite. [0023]Une telle capacité d'accélérer une fois que l'aéronef 2 a quitté le sol permet de dissocier la vitesse de décollage obtenue au passage des 35 pieds 20 V35ft de la vitesse de montée V2. Ainsi il est possible de minimiser la vitesse de décollage réduisant encore la longueur de décollage et optimisant la vitesse utilisée en montée de façon à augmenter la pente de montée. [0024]Ainsi, grâce au procédé selon l'invention visible à la Figure 3, avant la phase de décollage le pilote entre manuellement les informations concernant la 25 première configuration Cl des dispositifs hypersustentateurs, ainsi que la vitesse d'accélération V2 et dans l'interface homme-machine 19. [0025]Au début du décollage El, le pilote positionne le levier de commande 15 dans la position correspondant à la configuration Cl, enclenche le dispositif rétraction automatique et de « contrôle automatique » 21 ; 30 [0026] lorsque l'avion roule sur le sol E2, les dispositifs hypersustentateurs 12, 13 sont déployés dans la configuration Cl déterminée par le pilote à partir du dispositif de contrôle des paramètres de décollage 23 de 3052251 7 manière à augmenter la portance, diminuant ainsi la vitesse de décollage V35ft et donc réduisant la longueur de piste ; et à la vitesse VR, à l'étape E3 le pilote agit sur la gouverne de profondeur afin d'effectuer la rotation de l'avion 2, lorsque le décollage effectif a lieu, étape E4, le pilote active la rétraction du train 5 d'atterrissage ; [0027] lorsque le signal de rétractation 17 du train est reçu, à l'étape E5 par l'unité 16 et que l'avion a une vitesse qui est supérieure à la vitesse minimale de consigne de la deuxième configuration C2, les dispositifs hypersustentateurs 12, 13 sont rétractés dans cette configuration C2 de manière à réduire la traînée et 10 obtenir une pente minimale de montée (avec un moteur en panne); puis [0028]à la réception E5 du signal de rétractation du train d'atterrissage consécutivement, l'avion 2 accélère automatiquement vers sa vitesse de consigne V2 avant de se stabiliser sur cette vitesse V2 en montée dans le cas d'une panne d'un moteur à l'étape E6. 15 [0029] Le niveau d'accélération est judicieusement piloté par l'unité 21 de façon à ce que l'accélération ne dégrade pas la pente de la trajectoire en deçà d'une limite [0030]Une telle accélération synchronisée avec la rétractation du train d'atterrissage permet de dissocier la vitesse de rotation VR et la vitesse de 20 passage à 35 pieds V35ft associée de la vitesse de montée V2. Ainsi il est possible de minimiser les vitesses VR et V35ft réduisant encore la longueur de décollage par rapport au système de commande de l'art antérieur et d'optimiser la vitesse utilisée en montée de façon à augmenter la pente en montée. [0031]Avantageusement le système 1 permet de gérer une vitesse V2 25 égale à la vitesse à 35 pied, ce qui permet de stabiliser la vitesse de montée dès le passage des 35 pieds conformément à la procédure pratiquée dans l'art antérieur. Ceci à l'avantage de pouvoir bénéficier de la traînée réduite de la configuration C2 permettant d'améliorer la pente dès la rétraction du train d'atterrissage. Cette possibilité permet d'améliorer la masse décollable par rapport 30 à l'art antérieur dans le cas d'obstacles limitants situés à proximité de la piste. [0032] Comme décrit ci-dessus, le levier de commande 15 des dispositifs hypersustentateurs reste physiquement immobile lors de la rétraction automatique 3052251 8 des dispositifs hypersustentateurs pendant la phase de décollage et d'accélération vers la vitesse d'accélération objective, ensuite l'avion 2 étant stabilisée à cette vitesse objective, le pilote ayant effectué toutes les actions de contrôle de l'avion et lorsque l'avion a atteint une altitude de sécurité suffisante, le pilote déplace 5 manuellement le dit levier de commande 15 vers les positions successivement de moins en moins hypersustentées jusqu'à la rétraction complète des dispositifs hypersustentateurs. [0033] Dans une variante de réalisation, le levier de commande 15 est pourvu d'une motorisation (non représenté) qui est relié à l'unité de commande 16 10 configurée pour amener simultanément le levier de commande 15 (comme mentionné ci-dessus) et les dispositifs à la position de configuration commandée. REVENDICATIONS1. Procédé d'optimisation des paramètres de décollage d'un aéronef (2) comportant des dispositifs hypersustentateurs (12, 13) et un système (1) pour commander automatiquement lesdits dispositifs hypersustentateurs (12, 13) comportant un levier de commande (15) pour déplacer les dispositifs hypersustentateurs, une unité de commande (16) pour commander la rétraction des dispositifs hypersustentateurs (12, 13), une interface homme-machine pourvue d'un écran de visualisation (20) et d'une interface de saisie (19), un capteur (17) pour détecter le décollage effectif de l'aéronef, correspondant au moment où les roues de l'aéronef quittent le sol, un capteur pour détecter la rétraction des trains d'atterrissage (22), des dispositifs de mesure (18) de la vitesse de l'aéronef, et un système de contrôle automatique (21), le procédé comprenant une étape de sélection d'une première configuration des hypersustentateurs au début de la phase de décollage, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre les étapes suivantes : - sélection d'une vitesse d'accélération objective (V2) de l'aéronef sur l'interface homme-machine supérieure à la vitesse de passage à 35 pieds, - positionnement du levier de commande (15) sur la position de la première configuration des hypersustentateurs (C1) au début de la phase de décollage, - activation du système de contrôle automatique (21), et en ce qu'à réception par l'unité de commande (16) d'un signal de détection du décollage effective de l'aéronef, de la réception d'un signal de rétractation du train d'atterrissage et d'une confirmation de la vitesse effective de l'aéronef supérieure à une vitesse minimale de consigne d'une deuxième configuration (C2) comme étant la configuration suivante dans une liste des consignes connue par l'unité (16) , ladite unité (16) est conformée pour transmettre un ordre de commande permettant d'amener les dispositifs hypersustentateurs (12, 13) dans cette deuxième configuration (C2), dans laquelle les dispositifs hypersustentateurs (12, 13) sont rétractés par rapport à la première configuration (C1) et consécutivement accélérer la vitesse de l'aéronef automatiquement vers sa vitesse d'accélération objective (V2). 3052251 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape d'affichage sur l'écran de visualisation (20) de la configuration objective des dispositifs hypersustentateurs définie par l'unité (16), de la position réelle des dispositifs hypersustentateurs (12, 13) et de la position de levier de commande 5 (15). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications dans lequel le levier de commande (15) est pourvu d'une motorisation, caractérisé en ce que l'unité de commande (15) est conformée pour amener simultanément les dispositifs hypersustentateurs (12, 13) et le levier de commande (15), via la 10 motorisation, à la position de configuration actuelle de l'aéronef. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications dans lequel le système (1) comprend dispositif de contrôle des paramètres de décollage (23) caractérisé en ce que le dispositif (23) calcule l'ensemble des paramètres optimisés de décollage en particulier la configuration C1, la configuration C2, la 15 vitesse de consigne de rotation VR, la vitesse V2 augmentée par rapport à la vitesse à 35 pieds, selon des paramètres de piste donnée et pour des conditions atmosphériques données.