Brevet FR3142173A1 — publié le 20240524

Ce système (1) de commande de vol pour pas collectif d’un compensateur de vol d’un aéronef comprend un organe de pilotage (3) pivotant autour d’au moins un axe de rotation (5), au moins un moyen mécanique (9) de retour d’effort lié à l’organe de pilotage, ledit moyen mécanique (9) comprenant un module de friction variable (11) et un moteur (15) électrique, le module de friction (11) d’une part et le moteur (15) d’autre part étant reliés à l’organe de pilotage (3) par un réducteur multivoies (17), le système (1) de commande de vol comprenant un contrôleur haptique (29) numérique pilotant le module de friction (11) et le moteur (15) de manière à générer un retour d’effort actif à l’organe de pilotage (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Système de commande de vol pour un compensateur de vol à friction, actif et hybride d’un aéronef La présente invention concerne, de manière générale, les systèmes de commande de vol pour aéronef et se rapporte plus particulièrement à un compensateur de vol pour aéronef, notamment pour hélicoptère. Techniques antérieures Les compensateurs de vol, ou trim, ont notamment pour fonction de compenser les dérives liées aux perturbations susceptibles d’exercer une influence sur les paramètres de vol de l’aéronef, sans que le pilote n’ait à agir sur les commandes de vol. En complément, les compensateurs de vol restituent classiquement au pilote de l’aéronef un effort résistant sur les commandes de vol sous la forme d’un retour d'effort. Cet effort est généralement passif, soit linéaire (trims à ressorts) soit constant (trims à friction), et peut également être actif. L’effort résistant est également appelé force de rappel, ou encore retour d’effort. En ce qui concerne les compensateurs de vol fournissant un effort passif de type friction ou à ressort, ceux-ci sont configurés pour fournir un effort linéaire voire constant une fois une force de désancrage appliquée sur les commandes de vol, par exemple sur un organe de pilotage tel qu’un manche de pilotage. Ces compensateurs de vol présentent un paramétrage spécifique à chaque axe de commande de vol, notamment pour la commande du pas collectif. Lorsque l’on souhaite modifier la force de rappel, autrement dit la loi d’effort du système de commande, il est nécessaire de reconfigurer le paramétrage de l'équipement par exemple par un changement de composants. En effet, les retours d’effort passifs ne sont pas paramétrables. On a représenté schématiquement sur la la loi d’effort d’une force de rappel d’un compensateur de vol fournissant un effort passif à ressort de torsion. En particulier, le retour d’effort est illustré par un couple C en Newton mètre et donné en fonction de l’angle A de rotation d’un arbre relié aux commandes de vol, par exemple à un organe de pilotage. En particulier, la loi d’effort comprend une position angulaire d’ancrage P des commandes de vol, les commandes de vol pouvant s’éloigner de la position d’ancrage P lorsque le pilote fournit un effort supérieur à un couple appelé force de désancrage F. Pour un angle A permettant de sortir de la position d’ancrage P, la loi d’effort est linéaire selon un gradient G dépendant du ressort utilisé. On appelle gradient la raideur du ressort, une fois une force supérieure à la force de désancrage appliquée. La force de désancrage correspond à la force à appliquer avant que le ressort n’entre en mouvement, c’est-à-dire la pré-charge du ressort. On a également représenté schématiquement sur la la loi d’effort d’une force de rappel d’un compensateur de vol fournissant un effort passif à friction. Dans ce cas, l’effort est constant une fois que l’angle A est au-delà de la position d’ancrage P. En ce qui concerne les compensateurs de vol fournissant un effort actif, ils comprennent un équipement pilotable tel qu’un moteur et/ou un frein permettant un retour d’effort variable et adapté aux conditions de vol. Le terme pilotable pour un équipement signifie qu’il est possible de modifier son état de fonctionnement, qu’il soit binaire ou ayant plusieurs niveaux de discrétisation, par le biais d’une électronique associée. Une architecture hybride dans laquelle un compensateur de vol met en œuvre une loi d’effort mécanique assistée d’une assistance électrique est également configurable. Elle permet par exemple de modifier la force de désancrage et le gradient du retour d’effort de manière plus précise et complexe que les systèmes passifs. Cependant, on utilise généralement une loi d’effort de type friction au niveau de l’axe collectif d’un aéronef tandis qu’une loi d’effort de type ressort plus largement paramétrable est généralement utilisée sur les autres axes. De plus, l’assistance électrique des architectures hybrides existantes est généralement pilotée par une électronique externe au trim, de type analogique, typiquement le calculateur de commandes de vol. Ainsi, l’assistance électrique, bien que variable, dispose d’une faible flexibilité de l’usage de cette architecture hybride. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités et de fournir un système de commande de trim pouvant générer une loi d’effort plus largement paramétrable pour l’axe collectif d’un aéronef. La présente invention a pour objet un système de commande de vol pour pas collectif d’un compensateur de vol d’un aéronef, ledit système comprenant un organe de pilotage pivotant autour d’au moins un axe de rotation, au moins un moyen mécanique de retour d’effort lié à l’organe de pilotage, ledit moyen mécanique comprenant un module de friction variable et un moteur électrique, le module de friction d’une part et le moteur d’autre part étant reliés à l’organe de pilotage par un réducteur multivoies, le système de commande de vol comprenant un contrôleur haptique numérique pilotant le module de friction et le moteur de manière à générer un retour d’effort actif à l’organe de pilotage. Ainsi, le réducteur multivoies permet de favoriser la multitude de loi d’effort atteignable pour le moyen mécanique de retour d’effort. Le contrôleur haptique numérique permet également une meilleure précision et une centralisation de la consigne de commande depuis un unique contrôleur haptique pour tous les modules et moteur d’un aéronef pouvant générer un retour d’effort, et contrairement aux trims actuels, fonctionnant séparément. Avantageusement, le moteur simule le retour élastique en position d’une loi d’effort d’un ressort. Dans un mode particulier de réalisation, le moteur simule un point d’ancrage variable d’un ressort et/ou une raideur variable d’un ressort et/ou une force de désancrage variable d’un ressort. En variante, la simulation d’une raideur variable d’un ressort est réalisée par le module de friction ou par une collaboration du module de friction et du moteur. Dans un mode de réalisation, le module de friction génère une friction proportionnelle au courant de consigne envoyé par le contrôleur haptique. Avantageusement, le système de commande de vol comprend un moyen de commande et d’alimentation du moteur, le contrôleur haptique pilotant le moteur en courant par l’intermédiaire du moyen de commande et d’alimentation. Selon un mode de réalisation, le moyen mécanique de retour d’effort comprend un arbre principal reliant le réducteur multivoies et l’organe de pilotage, et au moins un capteur de position angulaire de l’arbre principal et/ou du réducteur multivoies, ledit capteur de position angulaire communiquant avec le contrôleur haptique de sorte que ledit contrôleur haptique asservit le moteur et le module de friction en fonction d’informations communiquées par le capteur de position angulaire. Avantageusement, le contrôleur haptique pilote le module de friction et le moteur en fonction de la position angulaire de l’organe de pilotage, de positions angulaires du réducteur multivoies, et des courants d’alimentation du moteur et du module de friction. Avantageusement, le contrôleur haptique comprend une table de paramétrage comprenant tous les points singuliers d’un profil de loi d’effort du moyen mécanique de retour d’effort pouvant être réalisé. Dans un mode de réalisation, le moteur est un moteur triphasé synchrone à aimants permanents et/ou un moteur à balais, et/ou piézo-électrique, solidaire en rotation avec le réducteur multivoies par l’intermédiaire d’un réducteur irréversible. L’invention a également pour objet un hélicoptère comprenant un système de commande de vol tel que défini précédemment, et au moins un système de commande de vol pour pas cyclique d’un plateau cyclique piloté avec un contrôleur haptique, le contrôleur haptique étant unique pour tous les systèmes de commande de vol. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : dont il a déjà été fait mention est un graphique représentant schématiquement la loi d’effort d’une force de rappel d’un compensateur de vol à ressort de torsion ; dont il a déjà été fait mention est un graphique représentant schématiquement la loi d’effort d’une force de rappel d’un compensateur de vol à friction ; et est une représentation schématique d’un système de commande de vol selon l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation On a représenté schématiquement sur la un système 1 de commande de vol d’un aéronef selon l’invention. L’aéronef est par exemple un hélicoptère comprenant ledit système 1 de commande de vol commandant un pas collectif dudit hélicoptère. Le système 1 de commande de vol comprend un bâti (non représenté) ainsi qu’un organe de pilotage 3 monté pivotant par rapport au bâti autour d’au moins un axe de rotation 5. L’organe de pilotage 3 est par exemple un manche de pilotage 3 et permet par exemple de piloter le pas cyclique de l’aéronef. Le bâti comprend des butées mécaniques 7 contre lesquelles bute l’organe de pilotage 3 pour limiter sa course angulaire. Le système 1 de commande de vol comprend au moins un moyen mécanique 9 de retour d’effort lié à l’organe de pilotage 3, la force de rappel étant dirigée dans le sens contraire d’une force externe appliqué par le pilote de l’aéronef sur l’organe de pilotage 3. Le moyen mécanique 9 comprend un module de friction variable 11, un arbre principal 13 et un moteur électrique 15 agencés de sorte que le module de friction 11 d’une part et le moteur 15 d’autre part sont reliés à l’organe de pilotage par un réducteur multivoies 17. Le réducteur multivoies 17 est par exemple un réducteur différentiel ou un réducteur à train épicycloïdal. Le moteur 15 est par exemple un moteur triphasé synchrone à aimants permanents, et/ou un moteur à balais, et/ou piézo-électrique, optionnellement équipé d’un capteur de position. En particulier, une première extrémité 19 du réducteur multivoies 17 est contrainte de se déplacer en rotation sous l’action du moteur 15, une deuxième extrémité 21 du réducteur 17 multivoies est reliée au module de friction 11, et une troisième extrémité 23 du réducteur 17 multivoies est reliée à l’organe de pilotage par l’intermédiaire de l’arbre principal 13. Le moyen mécanique 9 de retour d’effort comprend également un moyen de commande et d’alimentation 25 du moteur 15. Le moyen de commande 25 est par exemple une unité de commande électronique. Le moyen mécanique 9 de retour d’effort comprend également un réducteur irréversible 27, tel qu’une vis sans fin et une roue dentée, positionné solidaire en rotation avec le moteur 15 et dont la position définit un point d’ancrage du moyen mécanique 9 de retour d’effort. Plus précisément, le réducteur irréversible 27 est disposé entre le moteur 15 et le réducteur 17 multivoies. Le système 1 de commande de vol comprend en outre un contrôleur haptique 29 numérique pilotant le moteur 15 ainsi que le module de friction 11 de manière à générer un retour d’effort actif à l’organe de pilotage. En particulier, le module de friction 11 permet de générer un couple de friction variable, en particulier une loi d’effort passive de type friction, et le moteur 15 permet de réaliser un retour en position de l’organe de pilotage 3, par exemple en générant une loi d’effort active variable et pouvant par exemple simuler la forme d’une loi d’effort d’un ressort, par exemple un ressort de torsion. Plus précisément, le moteur 15 et/ou le module de friction 11 peut alors simuler une raideur variable d’un ressort et/ou une force de désancrage variable d’un ressort et/ou un point d’ancrage variable d’un ressort. Le point d’ancrage est notamment obtenu conjointement avec le réducteur irréversible 27, vers lequel le moteur peut créer un effort résistant. Un des intérêts dans l’utilisation d’un équipement pilotable, ici la combinaison entre le moteur 15 et le module de friction 11, est que ce dernier peut être utilisé pour modifier indépendamment la raideur apparente et la précharge, autrement dit la force de désancrage, apparente du ressort simulé par ledit moteur 15 et/ou ledit module de friction. La combinaison du moteur 15 et du module de friction 11 permet donc produire un comportement de retour d’effort élaboré et hybride, comprenant à la fois une composante active et passive. La loi d’effort obtenue est ainsi librement paramétrable et peut notamment inclure des changements de gradients et des changements de force de désancrage, lesdits changements pouvant être réalisés en temps réel et permettre de créer des lois d’efforts complexes, plus avancées qu’un système uniquement passif ou actif, ou comprenant un contrôleur analogique. Le contrôleur haptique 29 pilote par exemple directement le module de friction 11 en courant, le module de friction générant une friction proportionnelle au courant de consigne envoyé par le contrôleur haptique 29, l’asservissement étant réalisé en courant en fonction de la position de l’arbre principal 13 et permettant de recréer une loi variable de type ressort en combinaison avec le moteur 15. A 0 Ampère, le module de friction est débrayé tandis que lorsque le courant est maximal, le module de friction est embrayé et génère un retour d’effort maximal. La large plage disponible entre un minimum et un maximum de friction rend le système 1 d’autant plus aisément paramétrable. Le contrôleur haptique 29 pilote le moteur 15 également en courant mais par l’intermédiaire du moyen de commande et d’alimentation 25 du moteur 15. Le moyen mécanique 9 de retour d’effort peut comprendre optionnellement une goupille de sécurité 31 entre le réducteur 17 multivoies et l’organe de pilotage 3 de manière à déconnecter ledit moyen mécanique 9, par exemple en cas de panne. En outre, le moyen mécanique 9 comprend au moins un capteur 33, par exemple de type transformateur différentiel variable rotatif également appelé capteur RVDT, ou de type résolveur, capteur par effet hall, potentiomètre ou tout autre type de capteur, pour effectuer une mesure de la position angulaire de l’arbre principal 13, ledit capteur 33 communiquant avec le contrôleur haptique 29 de sorte que ledit contrôleur haptique 29 asservit le moteur 15 et le module de friction 11 en fonction d’informations communiquées par le capteur 33, le capteur 33 pouvant être relié à l’arbre principal 13 par l’intermédiaire d’une goupille de sécurité 35 de manière à pouvoir le déconnecter, par exemple en cas de panne. Optionnellement, et de manière à avoir une mesure redondante, le moyen mécanique 9 comprend plusieurs capteurs 33 reliés à l’arbre principal 13. Le moyen mécanique 9 comprend optionnellement au moins un capteur 37 RVDT et/ou à effet Hall et/ou de type résolveur, potentiomètre ou tout autre type de capteur, configuré pour effectuer une mesure de la déformation et/ou de position des extrémités du réducteur 17 multivoies. Avantageusement, au moins un des capteurs 37 communique avec le contrôleur haptique 29 de sorte que ledit contrôleur haptique 29 asservit le moteur 15 et le module de friction 11 en fonction d’informations communiquées par le capteur 37. Optionnellement, et de manière à avoir une mesure redondante, le moyen mécanique 9 comprend plusieurs capteurs 37. Le contrôleur haptique 29 pilote le moteur 15 et le module de friction 11 en fonction de tous les paramètres pouvant être jugés pertinents par le calculateur de bord de l’aéronef. Par exemple, le contrôleur haptique 29 prend en compte la position angulaire de l’organe de pilotage 3, les potentielles mesures de positions angulaires du réducteur 17 multivoies, ainsi que des courants d’alimentation du moteur 15 et/ou du module de friction 11 pour leur asservissement, ces courants étant indicateurs de la force appliquée par le pilote sur l’organe de pilotage 3 et de la vitesse de déplacement dudit organe de pilotage 3. Le contrôleur haptique 29 asservit le moteur 15 et le module de friction 11 en boucle fermée et sans capteur d’effort, la mesure d’effort étant proportionnelle à la mesure des courants d’alimentation, notamment des courants d’alimentation du module de friction 11, donnant une image de la force appliquée. Le contrôleur haptique 29 asservit le module de friction 11 et le moteur 15 en fonction de la position angulaire de l’arbre principal 13 donnée par les capteurs de position 33, afin de moduler l’effort ressenti par le pilote au déplacement de l’organe de pilotage, et de réaliser un retour à l’ancrage caractéristique d’une loi d’effort de type ressort. Le contrôleur haptique 29 met en œuvre une première boucle d’asservissement en position de l’organe de pilotage 3. Le contrôleur haptique 29 intègre dans cette première boucle une boucle d’asservissement du courant, servant pour le pilotage du moteur 15 et/ou du module de friction 11. La loi d’effort d’une force de rappel d’un système 1 de commande de vol selon l’invention pourra être paramétrable en temps réel sur demande, par exemple d’un opérateur ou de l’ordinateur de bord, ce dernier envoyant une consigne au contrôleur haptique 29. Cette fonction sera réalisée en donnant accès à une table de paramétrage comprise dans le contrôleur haptique 29, qui contient tous les points singuliers du profil de loi d’effort pouvant être réalisés. Par conséquent, il sera possible de modifier librement la loi d’effort du système 1 dans la limite du domaine de validité. Le contrôleur haptique 29 met également une protection en œuvre afin de fournir une transition de couple progressive entre une consigne en cours et une nouvelle consigne lors d’une modification de consigne de la part d’un pilote ou de l’ordinateur de bord. Une alerte sera remontée par le contrôleur haptique 29 si un risque de configuration inappropriée est détecté, par exemple près des butées mécaniques, afin de garantir l'intégrité mécanique du système 1. L’invention porte également sur un hélicoptère comprenant le système 1. L’hélicoptère comprend également d’autres système de commande, notamment pour pas cyclique, par exemple pour axe tangage et l’axe roulis. L’hélicoptère comprend alors un unique contrôleur haptique 29 pour tous les pas cycliques et collectif de l’hélicoptère. Système (1) de commande de vol pour pas collectif d’un compensateur de vol d’un aéronef, ledit système (1) comprenant un organe de pilotage (3) pivotant autour d’au moins un axe de rotation (5), au moins un moyen mécanique (9) de retour d’effort lié à l’organe de pilotage, ledit moyen mécanique (9) comprenant un module de friction variable (11) et un moteur (15) électrique, caractérisé en ce que le module de friction (11) d’une part et le moteur (15) d’autre part sont reliés à l’organe de pilotage (3) par un réducteur multivoies (17), le système (1) de commande de vol comprenant un contrôleur haptique (29) numérique pilotant le module de friction (11) et le moteur (15) de manière à générer un retour d’effort actif à l’organe de pilotage (3). Système (1) de commande de vol selon la revendication 1, dans lequel le moteur (15) simule le retour élastique en position d’une loi d’effort d’un ressort. Système (1) selon la revendication 2, dans lequel le moteur (15) simule un point d’ancrage variable d’un ressort et/ou une raideur variable d’un ressort et/ou une force de désancrage variable d’un ressort. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le module de friction (11) génère une friction proportionnelle au courant de consigne envoyé par le contrôleur haptique (29). Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un moyen de commande et d’alimentation (25) du moteur (15), le contrôleur haptique (29) pilotant le moteur (15) en courant par l’intermédiaire du moyen de commande et d’alimentation (25). Système (1) de commande de vol selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le moyen mécanique (9) de retour d’effort comprend un arbre principal (13) reliant le réducteur multivoies (17) et l’organe de pilotage (3), et au moins un capteur (33 ; 37) de position angulaire de l’arbre principal (13) et/ou du réducteur multivoies (17), ledit capteur (33 ; 37) de position angulaire communiquant avec le contrôleur haptique (29) de sorte que ledit contrôleur haptique (29) asservit le moteur (15) et le module de friction (11) en fonction d’informations communiquées par le capteur (33 ; 37) de position angulaire. Système (1) de commande de vol selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 , dans lequel le contrôleur haptique (29) pilote le module de friction (11) et le moteur (15) en fonction de la position angulaire de l’organe de pilotage (3), de positions angulaires du réducteur multivoies (17), et des courants d’alimentation du moteur (15) et du module de friction (11). Système (1) de commande de vol selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le contrôleur haptique (29) comprend une table de paramétrage comprenant tous les points singuliers d’un profil de loi d’effort du moyen mécanique (9) de retour d’effort pouvant être réalisé. Système (1) de commande de vol selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le moteur (15) est un moteur triphasé synchrone à aimants permanents et/ou un moteur à balais, et/ou piézo-électrique, solidaire en rotation avec le réducteur multivoies (17) par l’intermédiaire d’un réducteur irréversible (27). Hélicoptère caractérisé en ce qu’il comprend un système (1) de commande de vol selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, et au moins un système de commande de vol pour pas cyclique d’un plateau cyclique piloté avec un contrôleur haptique, le contrôleur haptique (29) étant unique pour tous les systèmes de commande de vol.