Brevet FR3090576A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Procédé d'assistance pour aéronef mo- nomoteur à voilure tournante lors d'une panne moteur. [0001] La présente invention se situe dans le domaine technique des installations motrices des aéronefs monomoteurs à voilure tournante. L'invention concerne un procédé d'assistance pour aéronef monomoteur à voilure tournante lors d'une panne moteur, et en particulier pour la réalisation de la phase de vol en autorotation consécutive à cette panne. L'invention concerne également un aéronef monomoteur à voilure tournante comportant un dispositif d'assistance lors d'une panne moteur. [0002] Un aéronef à voilure tournante est classiquement pourvu d'au moins un rotor principal pour assurer sa sustentation voire sa propulsion et généralement d'un rotor arrière pour notamment s'opposer au couple en lacet exercé par le rotor principal sur le fuselage de cet aéronef ou pour aussi permettre de contrôler des mouvements en lacet de cet aéronef ainsi que des vols latéraux. [0003] Afin d'entraîner en rotation le rotor principal et le rotor arrière, l'aéronef comporte une installation motrice qui peut comporter un ou plusieurs moteurs principaux, généralement un ou plusieurs moteurs principaux thermiques. Toutefois, unc installation motrice peut éventuellement comporter uniquement un ou plusieurs moteurs principaux électriques. [0004] Il est à noter que l'expression « moteur thermique » désigne par commodité dans l'ensemble du texte les turbomoteurs ou encore les moteurs à pistons pouvant être utilisés dans une telle installation motrice. L'expression « moteur thermique » est à opposer à l'expression « moteur électrique » qualifiant les moteurs mus par une puissance électrique. [0005] On distingue notamment les aéronefs du type « monomoteur », dont l'installation motrice comporte un unique moteur principal pour mettre en mouvement le rotor principal et le rotor arrière, et les aéronefs du type « bimoteur », dont l'installation motrice possède deux moteurs principaux à cet effet. [0006] Les aéronefs monomoteurs présentent des avantages non négligeables par rapport aux aéronefs munis d'au moins deux moteurs thermiques. A titre d'exemple, on peut citer un coût raisonnable, des opérations de maintenance réduites, une consommation en carburant relativement faible. [0007] Cependant, ces aéronefs monomoteurs présentent aussi des inconvénients. [0008] En cas d'une avarie sur cet unique moteur principal, l'installation motrice, et par suite l'aéronef monomoteur, présente des performances dégradées, pouvant aller lors d'une panne de ce moteur principal jusqu'à l'incapacité d'entraîner le rotor principal et 2 le rotor arrière, ce qui est susceptible d'engendrer une situation dangereuse, augmentant significativement la charge du pilote de l'aéronef. En effet, lors de cette panne, le rotor principal n'étant plus entrainé par l'installation motrice, ce pilote doit tout d'abord entrer dans une phase de vol en autorotation, puis réaliser un atterrissage d'urgence, le rotor principal étant en autorotation. [0009] Une phase de vol en autorotation correspond à une phase de vol particulière dans laquelle l'aéronef vole en descente sans puissance motrice, mais au prix d'un taux de descente assez important. L'expression « taux de descente » désigne la perte de hauteur de l'aéronef par unité de temps, cette perte de hauteur étant généralement exprimée en pieds par minute (ft/min). Par exemple, le taux de descente en autorotation pour un aéronef monomoteur est de l'ordre de 1500 ft/min. [0010] Dans ce cas, la rotation du rotor principal est engendrée par le flux d'air ascendant sans disposer d'une source d'énergie, permettant à l'aéronef de rester pleinement manoeuvrable, notamment en permettant toute manoeuvre consommatrice d'énergie. En effet, le rotor principal, alors entrainé en rotation par le vent relatif, reste le siège d'une portance stabilisée suffisante pour freiner la descente de l'aéronef et conserver un contrôle limité de l'aéronef, notamment en lacet, jusqu'à l'atterrissage. [0011] Par contre, le pilote, qui doit appliquer cette procédure particulière de pilotage, doit être très attentif pour d'une part entrer dans un premier temps en phase d'autorotation lors de l'apparition de cette panne, en baissant rapidement le levier de pas collectif et en contrôlant le mouvement de lacet de l'aéronef, et d'autre part dans un deuxième temps exécuter jusqu'à l'atterrissage la poursuite de cette manoeuvre toujours délicate, en maintenant une vitesse de rotation du rotor principal dans les limites admissibles. De plus, la charge du pilote augmente pour manoeuvrer l'aéronef en toute sécurité dans cette phase de vol en autorotation, jusqu'à un atterrissage d'urgence dans une zone appropriée. Cette procédure particulière exige une grande précision et un entraînement adapté et récurrent de la part du pilote de l'aéronef. Il s'agit d'une partie délicate du pilotage des aéronefs notamment monomoteurs et une des raisons principales de la réduction du domaine de vol et de l'emploi de ce type d'aéronef. [0012] En effet, le domaine de vol autorisé pour les aéronefs monomoteurs est réduit par les offices de certification délivrant les autorisations de vol. Il est par exemple interdit de survoler avec un aéronef monomoteur une grande ville. De même, les capacités autorisées des aéronefs monomoteurs, telles que la masse maximum embarquée, peuvent être limitées vis-à-vis de leurs capacités réelles. [0013] Des solutions ont été envisagées pour assister le pilote d'un aéronef monomoteur à voilure tournante par l'apport d'une énergie complémentaire pour la réalisation d'une phase de vol en autorotation suite à une panne du moteur principal. [0014] On connaît en particulier le document FR 2994687 qui décrit un procédé d'assistance 3 et un dispositif d'assistance comportant un dispositif de stockage d'énergie électrique et une machine électrique entraînant la boîte de transmission principale de puissance d'un aéronef parallèlement à son moteur principal thermique. Selon ce procédé, on surveille pendant un vol le fonctionnement du moteur thermique afin de détecter une panne, notamment par une chute de puissance sur le rotor principal, Puis lorsqu'une panne du moteur thermique est détectée, on commande la machine électrique pour fournir une puissance auxiliaire au rotor principal et au rotor auxiliaire, permettant ainsi d'assister le pilote de l'aéronef dans la réalisation de la phase de vol en auto-rotation consécutive à la panne. [0015] On connaît aussi le document FR 1560124 qui décrit un dispositif d'assistance comprenant un moteur principal thermique auxiliaire et un embrayage. L'embrayage permet l'entraînement du rotor principal de l'aéronef uniquement par son moteur thermique principal, conjointement par son moteur thermique principal et le moteur thermique auxiliaire du dispositif d'assistance ou encore uniquement par le moteur thermique auxiliaire. [0016] De plus, les documents EP 2692634 et EP 2778048 décrivent des systèmes permettant de stocker de l'énergie lors d'un fonctionnement normal d'un aéronef et de restituer cette énergie pour entraîner le rotor principal de l'aéronef en cas de panne moteur ou bien lors de phases de vol critiques. L'énergie peut être stockée sous forme électrique, hydraulique ou bien mécanique. [0017] La présente invention a alors pour objet de proposer un procédé d'assistance pour aéronef monomoteur à voilure tournante lors d'une panne du moteur principal de cet aéronef. Ce procédé permet tout d'abord de détecter une telle panne moteur au plus tôt, puis de gérer en sécurité cette panne moteur par l'apport d'une puissance auxiliaire notamment pour atteindre la phase de vol en autorotation et réaliser un atterrissage d'urgence en limitant les vitesses d'impact de l'aéronef au sol, le rotor principal étant en autorotation. [0018] L'invention permet également avantageusement une augmentation de la charge utile de l'aéronef dans une certaine partie du domaine de vol en permettant une revalorisation de la masse maximale au décollage de l'aéronef. En effet, l'invention permet de répondre aux exigences de certification relatives à la panne moteur dans le cas d'une revalorisation de la masse maximale au décollage, en conservant un niveau de sécurité inchangé vis-à-vis de celui démontré pour la masse maximale initialement définie pour cet aéronef, notamment vis-à-vis du domaine hauteur-vitesse et de l' autorotation. [0019] Selon l'invention, un procédé d'assistance d'un aéronef monomoteur à voilure tournante en cas d'une panne moteur est destiné à un aéronef monomoteur comportant une installation motrice hybride munie d'un unique moteur principal, d'au moins une machine électrique, d'une boîte de transmission principale de puissance et d'au moins un dispositif de stockage d'énergie électrique alimentant au moins une machine électrique. Cet aéronef comporte également au moins un rotor principal entrainé en rotation au cours d'un vol à une vitesse nominale de rotation par cette installation motrice hybride. [0020] L'expression « vitesse de rotation » du rotor principal d'un aéronef est usuellement utilisée par l'homme du métier pour désigner la fréquence de rotation du rotor principal. Cette vitesse de rotation est alors exprimée en radians par seconde (rad/s) ou bien plus généralement en tours par minute (tr/mn). [0021] De plus, au cours d'un vol, le rotor principal d'un aéronef tourne à une vitesse nominale de rotation, définie par le constructeur de l'aéronef, une légère variation autour de cette vitesse nominale de rotation étant toutefois possible. [0022] Par la suite, par soucis de simplification, l'expression « vitesse de rotation » du rotor principal désignera la vitesse instantanée de rotation du rotor principal, sachant qu'au cours d'un vol, cette vitesse instantanée de rotation est sensiblement égale à la vitesse nominale de rotation. [0023] Une machine électrique est par défaut une machine réversible. Elle peut donc avoir un fonctionnement en mode moteur, la machine électrique transformant une puissance électrique en une puissance mécanique et un fonctionnement en mode générateur, la machine électrique transformant une puissance mécanique en une puissance électrique. Par ailleurs, cette machine électrique peut par exemple être un moteur sans balai dénommé «brushless » en langue anglaise. [0024] Cette machine électrique peut être placée en différentes positions au sein de l'installation motrice hybride selon le document FR 29102907. Par exemple, elle peut être liée à la boîte de transmission principale de puissance, au moteur principal ou bien directement au rotor principal de l'aéronef [0025] Ce procédé est remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - une étape d'acquisition d'au moins un paramètre de surveillance S de l'aéronef afin de détecter une éventuelle panne du moteur principal, - une étape de surveillance d'au moins une machine électrique lorsqu'au moins une relation d'activation comprenant les valeurs instantanées d'au moins un paramètre de surveillance S et de sa dérivée par rapport au temps, telle que [Math 1] ans. de dS n cst inférieure à un seuil d'activation Scuili dédié, de sorte que. : [Math Gi 2] S + k