Brevet FR3145346A1 — publié le 20240802

Procédé et système d’aide au pilotage dans un mode d’économie de carburant d’un aéronef à voilure tournante Système d’aide au pilotage d’un aéronef à voilure tournante (10), comportant deux moteurs dont un premier moteur est mis en veille dans une phase de croisière pour assurer un fonctionnement en mode d’économie de carburant dit ECO, le deuxième moteur demeurant actif dans ledit mode ECO, système dans lequel, pour permettre l’activation par un pilote du mode ECO, un calculateur de vol (20) est configuré pour vérifier en temps réel la réalisation des conditions d’autorisation d’entrée en mode ECO suivantes : la somme des puissances fournies par les moteurs est inférieure à une puissance maximale continue, la vitesse de rotation N2 d’une turbine libre du deuxième moteur est supérieure à un seuil de vitesse déterminé, l’altitude de l’aéronef est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d’autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif, et il n’existe aucune panne critique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Procédé et système d’aide au pilotage dans un mode d’économie de carburant d’un aéronef à voilure tournante La présente invention concerne le domaine de l’aide au pilotage d’aéronefs à voilure tournante, notamment des hélicoptères ou des drones, et elle se réfère plus particulièrement à un mode d’économie de carburant ou « mode ECO » consistant à mettre un des deux moteurs d’un aéronef bimoteur en mode de veille (ou « stand-by state ») lors des phases de croisière ou de vol d’attente et de recherche (ou « loitering »), afin de réaliser des économies de carburant. Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers Etats. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux actuellement en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique. Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactants dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des impacts environnementaux modérés dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions. Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son impact climatique par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité. Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avion, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et enfin les biocarburants aéronautiques. Dans ce cadre, il est connu pour les aéronefs bimoteur de recourir à une utilisation des moteurs en mode d’économie de carburant dit mode ECO, qu’il soit réalisé chambre de combustion du moteur allumée ou éteinte, lors des phases de croisière ou de « loitering ». Dans un tel mode, par exemple utilisable dans des aéronefs bimoteur à voilure tournante, l’un des deux moteurs de l’aéronef est placé en mode de veille. Or, mal utilisé, ce mode de fonctionnement peut entraîner une usure prématurée du moteur fournissant la puissance pendant l’utilisation en mode ECO, c’est-à-dire de celui des deux moteurs qui reste actif. Pour des raisons de sécurité, une autorisation puis un maintien du mode ECO sont nécessaires et impliquent d’effectuer un test de sécurité (ou « Safety Check ») pour déterminer la valeur des paramètres moteur et vérifier ensuite si ces paramètres moteur sont dans des plages de fonctionnement adéquates pour engager puis maintenir le mode ECO. Toutefois, la réalisation d’un tel test de sécurité prend un certain temps et s’avère donc particulièrement contraignante pour le pilote qui doit alors manœuvrer l’aéronef pour stabiliser les régimes et la thermique du moteur. La présente invention a donc pour objet un procédé d’aide au pilotage qui pallie les inconvénients précités et permet une utilisation optimale du mode ECO de sorte à réaliser des économies de carburant. L’invention vise également à assurer que le mode ECO soit utilisable en toute sécurité. Ces buts sont atteints par un procédé d’aide au pilotage d’un aéronef à voilure tournante, comportant deux moteurs dont un premier moteur est mis en veille dans une phase de croisière pour assurer un fonctionnement de l’aéronef en mode d’économie de carburant dit mode ECO, le deuxième moteur demeurant actif dans ledit mode ECO, le procédé étant caractérisé en ce que pour permettre l’activation par un pilote du mode ECO, un calculateur de vol de l’aéronef vérifie en temps réel la réalisation des conditions d’autorisation d’entrée en mode ECO suivantes : la somme des puissances fournies par les moteurs est inférieure à une puissance maximale continue, la vitesse de rotation N2 d’une turbine libre du deuxième moteur est supérieure à un seuil de vitesse déterminé, l’altitude de l’aéronef est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d’autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif, et il n’existe aucune panne critique détectée. De même, pour permettre la réactivation du premier moteur et donc sortir du mode ECO au moins une des conditions précédentes d’entrée en mode ECO ou l’une des conditions supplémentaires suivantes doit être fausse : aucune limite d’accélération n’est atteinte, la température d’huile Th est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d’assurer une réactivation rapide du moteur en veille, la température carburant Tcarb est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d’assurer une réactivation rapide du moteur en veille, et il n’y a pas de perte de puissance du moteur actif. Ainsi, la valeur des régimes et les marges des paramètres moteurs en cas d’activation du mode ECO sont estimés directement à partir du modèle moteur implémenté dans le calculateur de vol, et leur mise à jour, comme leur affichage, peuvent donc être faits plus régulièrement et de manière transparente pour le pilote. De préférence, les pannes critiques comprennent les pannes des données qui entravent le bon fonctionnement du moteur et/ou de ses équipements, les pannes des liaisons séries, les pannes du système électrique, les pannes entrainant la perte de la régulation du moteur, les pannes du système de régulation, les pannes du système hydraulique. Avantageusement, la réalisation ou non des conditions d’autorisation est affichée à un cadran indicateur comportant trois plages de puissance correspondant respectivement à la réalisation des conditions d’autorisation, à la réalisation éventuelle des conditions d’autorisation et à la non réalisation des conditions d’autorisation. De préférence, la vitesse de rotation N2 de la turbine libre est supérieure à 90% de la vitesse maximale du moteur, le seuil de température d’huile ou de carburant est de 5°C et la valeur minimale de l’altitude minimale est égale à 300m. L’invention concerne également le système d’aide au pilotage mettant en œuvre le procédé précité, ainsi qu’un aéronef, de préférence un hélicoptère bimoteur, mettant en œuvre un tel système d’aide au pilotage. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence à la figure unique qui en illustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif, et sur lequel : La illustre schématiquement un aéronef comprenant un système d’aide au pilotage en mode ECO selon un exemple de l’invention. Le principe de l’invention repose sur une détermination en temps réel par le calculateur de vol de l’aéronef de différents paramètres qui sont ensuite synthétisés pour mettre à disposition du pilote sur un écran du cockpit de l’aéronef (par exemple l’indicateur de première limite, ou FLI pour « First Limit Indicator ») une indication de pilotage lui indiquant si une entrée en mode d’économie de carburant (mode ECO) est autorisée ou non. De préférence, le pilote peut également disposer d’indicateurs pour savoir si un maintien de ce mode ECO est autorisé ou non, une fois ledit mode activé. Par exemple, si la durée de la phase de croisière est suffisante, typiquement au moins supérieure à 10 minutes, et que la puissance demandée pendant cette phase n’est pas trop élevée (correspondant à une température de contrôle moteur typiquement supérieure à 1400K) alors le pilote pourra engager le mode ECO sous réserve que les conditions d’autorisation définie par le calculateur de vol soient réunies. Pour ce faire, tous les moteurs étant opérationnels et régulés classiquement sur leur consigne de vitesse et/ou de couple nominale, il convient que les paramètres de vol répondent aux conditions d’autorisation suivantes pour permettre l’activation du mode ECO : la somme P des puissances fournies par les moteurs est inférieure à la puissance maximale continue (PMC), la vitesse de rotation N2 de la turbine libre du moteur actif est supérieure à un seuil de vitesse déterminé (correspondant de préférence à 90 % de la vitesse maximale du moteur) , l’altitude de l’aéronef H est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d’autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif (critère de sécurité), typiquement Alt>300m, et il n’existe pas de panne critique détectée (nonPa). Par pannes critiques, on entend les pannes de certaines données (NR c’est-à-dire vitesse de rotation du rotor, sélecteur, pression carburant) qui entravent le bon fonctionnement du moteur et/ou de ses équipements, les pannes des liaisons séries (inter-calculateurs et calculateur – aéronef), les pannes du système électrique, les pannes des IGV, les pannes pouvant entraîner des effets sur le système de régulation (vitesse d’accélération / décélération limitée), les pannes du système hydraulique et toute autre panne entraînant la perte de la régulation du moteur. Ces conditions d’autorisation d’entrée en mode ECO doivent être remplies de manière cumulative pour que l’activation du mode ECO soit permise. Comme l’illustre la , dans un aéronef 10, lorsque tous les moteurs sont opérationnels et régulés sur leur consigne nominale, le calculateur de vol 20 peut calculer la puissance que devrait fournir le moteur qui resterait actif en mode ECO (puissance estimée ECO). En outre, en additionnant la puissance fournie par chaque moteur et à l’aide d’un modèle moteur implanté dans le calculateur de vol, il est possible de déterminer quels seraient les paramètres moteur (N1, TC et couple) correspondant à cette puissance et le niveau d’endommagement du moteur restant actif. Notamment, le modèle moteur implémenté dans le calculateur est utilisé pour évaluer en temps réel l’état de santé du deuxième moteur restant actif et pour déterminer en temps réel si le deuxième moteur restant actif en mode ECO est capable de fournir la puissance nécessaire à la poursuite du vol. Toutes ces données peuvent être utilisées pour déterminer si l’entrée en mode ECO est autorisée ou non et si ce mode ECO est conseillé. Elles peuvent aussi être affichées (en permanence ou sur requête, dans le cadran indicateur de première limite 22 par exemple) dans le but d’aider le pilote à se positionner dans la plage de puissance 100 la plus adaptée au mode ECO par exemple (les plages suivantes illustrant respectivement une plage de puissance 102 éventuellement possible et une plage de puissance 104 interdite). Le pilote dispose ainsi d’une visualisation prévisionnelle des paramètres moteurs si le mode ECO était activé. Il peut ainsi anticiper la marge en puissance disponible par rapport à la puissance maximale disponible dans le mode ECO et le gain en consommation de carburant par rapport au fonctionnement avec tous les moteurs. Cet indicateur peut être associé à plusieurs paramètres (N1, TC, couple, puissance, …). De la même manière, lorsque le mode ECO est actif, les moteurs et l’ensemble du système électrique dédié à la réactivation du moteur en veille sont surveillés de manière à lancer la réactivation du moteur en veille si cela s’avère nécessaire. Le calculateur de vol peut ainsi réaliser en continu une surveillance de l’état complet des moteurs et du système électrique, et peut notamment déterminer en temps réel si des conditions de maintien en mode ECO sont réunies. Si une panne ou une perte de puissance du moteur actif est détectée, le moteur en veille est alors réactivé. On notera que l’autorisation précédente d’entrée dans le mode ECO n’est pas nécessairement soumise aux mêmes conditions, et n’est donc pas nécessairement calculée de la même manière, que l’autorisation de rester en mode ECO (ou toute demande de sortie du mode ECO). Par exemple, le moteur en veille sera réactivé (entraînant donc une sortie du mode ECO) si au moins l’une des conditions suivantes de maintien du mode ECO devient fausse, à savoir: la puissance fournie par le moteur actif est inférieure à une puissance maximale déterminée, typiquement la PMC, la vitesse de rotation N2 de la turbine libre du moteur actif est supérieure à un seuil de vitesse déterminé correspondant à 90 % de la vitesse maximale du moteur , l’altitude H est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d’autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif (critère de sécurité), typiquement Alt>300m, il n’existe pas de panne critique détectée (nonPa), aucune limite d’accélération n’est atteinte, ces limites d’accélération étant essentiellement une limite de protection contre le pompage, une limite d’accélération du générateur de gaz, ou un débit carburant supérieur ou égal à un débit maximal, typiquement 500 kg/h. la température d’huile Th est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d’assurer une réactivation rapide du moteur en veille, typiquement Th > 5 °C, la température carburant Tcarb est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d’assurer une réactivation rapide du moteur en veille, typiquement Tcarb > 5 °C, et il n’y a pas de perte de puissance du moteur actif. On notera également que plusieurs indications relatives au mode ECO peuvent être émises de manière à renseigner le pilote sur l’utilisation du mode ECO (mode ECO actif, mode ECO autorisé, mode ECO interrompu), comme des indications relatives à une transition vers la phase de veille ; et/ou à un moteur en veille ; et/ou à une réactivation en cours (et le type de réactivation) ; et/ou à une interruption de la réactivation. On notera que s’il a été fait référence essentiellement aux applications classiques bimoteurs, l’invention trouve naturellement application aux moteurs multiples comme en matière de drones où une recommandation d’utilisation des moteurs pourrait aussi être apportée au pilote ou au système de pilotage. Procédé d’aide au pilotage d’un aéronef à voilure tournante (10), comportant deux moteurs dont un premier moteur est mis en veille dans une phase de croisière pour assurer un fonctionnement de l’aéronef dans un mode d’économie de carburant, dit mode ECO, le deuxième moteur demeurant actif dans ledit mode ECO, le procédé étant caractérisé en ce que pour permettre l’activation par un pilote du mode ECO, un calculateur de vol (20) de l’aéronef vérifie en temps réel la réalisation des conditions d’autorisation d’entrée en mode ECO suivantes : - la somme des puissances fournies par les moteurs est inférieure à une puissance maximale continue, - la vitesse de rotation N2 d’une turbine libre du deuxième moteur est supérieure à un seuil de vitesse déterminé, - l’altitude de l’aéronef est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d’autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif, - et il n’existe aucune panne critique détectée. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour permettre la réactivation du premier moteur et donc sortir du mode ECO, au moins une des conditions précédentes d’entrée en mode ECO ou l’une des conditions supplémentaires suivantes doit être fausse : - aucune limite d’accélération n’est atteinte, - la température d’huile Th est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d’assurer une réactivation rapide du moteur en veille, - la température carburant Tcarb est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d’assurer une réactivation rapide du moteur en veille, - et il n’y a pas de perte de puissance du moteur actif. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le seuil de température d’huile ou de carburant est de 5 °C. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les pannes critiques comprennent les pannes des données qui entravent le bon fonctionnement du moteur et/ou de ses équipements, les pannes des liaisons séries, les pannes du système électrique, les pannes entraînant la perte de la régulation du moteur, les pannes du système de régulation, les pannes du système hydraulique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la réalisation ou non des conditions d’autorisation est affichée à un cadran indicateur (22) comportant trois plages de puissance (100, 102, 104) correspondant respectivement à la réalisation des conditions d’autorisation, à la réalisation éventuelle des conditions d’autorisation et à la non réalisation des conditions d’autorisation. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la vitesse de rotation N2 de la turbine libre est supérieure à 90 % de la vitesse maximale du moteur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la valeur minimale de l’altitude est égale à 300m. Système d’aide au pilotage d’un aéronef à voilure tournante (10), comportant deux moteurs dont un premier moteur est mis en veille dans une phase de croisière pour assurer un fonctionnement en mode d’économie de carburant dit mode ECO, le deuxième moteur demeurant actif dans ledit mode ECO, caractérisé en ce que pour permettre l’activation par un pilote du mode ECO, il comprend un calculateur de vol (20) configuré pour vérifier en temps réel la réalisation des conditions d’autorisation d’entrée en mode ECO suivantes : la somme des puissances fournies par les moteurs est inférieure à une puissance maximale continue, la vitesse de rotation N2 d’une turbine libre du deuxième moteur est supérieure à un seuil de vitesse déterminé, l’altitude de l’aéronef est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d’autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif, et il n’existe aucune panne critique détectée. Système selon la revendication 8, comprenant en outre un cadran indicateur (22) relié au calculateur de vol et configuré pour afficher selon trois plages de puissance (100, 102, 104) respectivement la réalisation des conditions d’autorisation, la réalisation éventuelle des conditions d’autorisation et la non réalisation des conditions d’autorisation. Aéronef (10), de préférence un hélicoptère bimoteur, comprenant un système d’aide au pilotage conforme à l’une quelconque des revendications 8 ou 9.