DOMAINE TECHNIQUE

Le présent exposé concerne le domaine aéronautique. Plus précisément, le présent exposé concerne le contrôle des gouvernes d’un aéronef tel qu’un hélicoptère.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Un pilote peut contrôler le déplacement d’un hélicoptère dans l’espace à l’aide de gouvernes reliées mécaniquement aux commandes du poste de pilotage. Certains hélicoptères sont, en outre, équipés de servomoteurs hydrauliques assurant l’interface entre les commandes et les gouvernes afin de réduire l’effort exercé par le pilote sur les commandes pour contrôler le déplacement de l’hélicoptère dans l’espace. Toutefois, la présence de servomoteurs hydrauliques alourdit l’hélicoptère, ce qui réduit son autonomie en vol. Pour pallier cet inconvénient, dans certains hélicoptères, les servomoteurs hydrauliques sont remplacés par des actionneurs électriques, qui sont plus légers. Toutefois, la présence d ’actionneurs électriques pour piloter les gouvernes nécessite d’intégrer au système reliant les commandes aux gouvernes une électronique de puissance qui peut s’avérer complexe et coûteuse.

EXPOSE GENERAL

Un but du présent exposé est d’augmenter l’autonomie en vol d’un aéronef de manière fiable, simple et peu coûteuse.

Il est à cet effet proposé, selon un aspect du présent exposé, un ensemble pour un aéronef comprenant : un compensateur comprenant : un châssis prévu pour être monté fixe sur une cellule de l’aéronef ; et un actionneur monté mobile sur le châssis ; un système de transmission mécanique configuré pour transmettre un effort d’une part entre une commande de vol de l’aéronef et une gouverne de l’aéronef, et d’autre part entre l’actionneur et la gouverne, le système de transmission mécanique étant dépourvu de servomoteur hydraulique ; et un système de contrôle configuré pour piloter l’actionneur en fonction d’un effort exercé sur la commande de vol de sorte à contrôler un mouvement de la gouverne par rapport à la cellule. Avantageusement, mais facultativement, l’ensemble peut comprendre l’une au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou dans une quelconque combinaison :

- il comprend en outre un capteur d’effort configuré pour mesurer une intensité de l’effort, le système de contrôle étant en outre configuré pour piloter l’actionneur en fonction d’une mesure de l’intensité de l’effort réalisée par le capteur d’effort ;

- le système de contrôle est configuré pour piloter l’actionneur de sorte que : si la mesure de l’intensité de l’effort est inférieure à un seuil d’intensité, le système de contrôle est prévu pour maintenir en position l’actionneur ; et si la mesure de l’intensité de l’effort est supérieure au seuil d’intensité, le système de contrôle est prévu pour piloter une vitesse d’un mouvement de l’actionneur par rapport au châssis en fonction de l’intensité de l’effort ;

- il comprend en outre un interrupteur, dans lequel l’aéronef est configuré de sorte que l’effort entraîne une commutation de l’interrupteur d’un premier état à un deuxième état, le système de contrôle étant en outre configuré pour piloter l’actionneur en fonction d’une durée de commutation durant laquelle l’interrupteur est commuté dans le deuxième état ; et

- le système de contrôle est configuré pour piloter l’actionneur de sorte que : si la durée de commutation est inférieure à un seuil de durée, le système de contrôle est prévu pour maintenir en position l’actionneur ; et si la durée de commutation est supérieure au seuil de durée, le système de contrôle est prévu pour piloter une vitesse d’un mouvement de l’actionneur par rapport au châssis en fonction de la durée de commutation.

Selon un autre aspect du présent exposé, il est proposé un aéronef comprenant : une cellule ; une gouverne montée mobile sur la cellule ; une commande de vol montée mobile sur la cellule ; et un ensemble tel que précédemment exposé, dans lequel le châssis est monté fixe sur la cellule.

Avantageusement, mais facultativement, l’aéronef peut comprendre l’une au moins des caractéristiques suivantes, prise seule ou dans une quelconque combinaison :

- la gouverne est l’une parmi : une gouverne de lacet, une gouverne de tangage et une gouverne de roulis ;

- la commande de vol est l’une parmi : un manche, un palonnier et un collectif ; et

- l’aéronef est un hélicoptère. Selon un autre aspect du présent exposé, il est proposé un procédé de contrôle d’un aéronef comprenant : une cellule ; une gouverne montée mobile sur la cellule ; une commande de vol montée mobile sur la cellule ; un compensateur comprenant : un châssis monté fixe sur la cellule ; et un actionneur monté mobile sur le châssis ; un système de transmission mécanique configuré pour transmettre un effort d’une part entre la commande de vol et la gouverne, et d’autre part entre l’actionneur et la gouverne, le système de transmission mécanique étant dépourvu de servomoteur hydraulique ; le procédé de contrôle comprenant le pilotage de l’actionneur en fonction d’un effort exercé sur la commande de vol de sorte à contrôler un mouvement de la gouverne par rapport à la cellule.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 illustre schématiquement un aéronef.

La figure 2 illustre schématiquement une partie de l’aéronef.

La figure 3 est un organigramme illustrant une mise en oeuvre du contrôle d’un aéronef.

Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.

DESCRIPTION DETAILLEE

La figure 1 illustre un aéronef 1 qui est un appareil capable de s’élever ou de circuler dans les airs.

L’aéronef 1 s’étend selon un axe longitudinal X-X et comprend une cellule 10, 14, qui constitue la partie structurelle de l’aéronef 1 , et une voilure 12.

La cellule 10, 14 comprend un fuselage 10 et un empennage 14. Le fuselage 10 est la carcasse en forme de fuseau qui constitue le corps de l’aéronef 1 et dont la forme est prévue pour faciliter la pénétration de l’aéronef 1 dans l’air. Typiquement, le poste de pilotage (ou cockpit), prévu pour accueillir le pilote, est agencé au sein du fuselage 10. L’empennage 14 est notamment configuré pour assurer la stabilité de l’aéronef 1. La voilure 12 est notamment configurée pour assurer la portance de l’aéronef 1.

L’aéronef 1 comprend en outre au moins une gouverne 20, 22, de préférence une pluralité de gouvernes 20, 22, chacune montée mobile par rapport à la cellule 10, 14 et configurée pour produire et/ou contrôler un mouvement de l’aéronef 1 autour de son centre de gravité suivant au moins l’un de trois axes : l’axe de tangage Y-Y, l’axe de roulis X-X et l’axe de lacet Z-Z. Ces trois axes X-X, Y-Y, Z-Z forment un repère fixe relié au centre de gravité de l’aéronef 1. Lorsque l’aéronef 1 est immobile au sol, l’axe de lacet Z-Z est confondu avec la direction verticale, orthogonale au sol, tandis que l’axe de tangage Y-Y et l’axe de roulis X-X appartiennent à un plan parallèle au sol, l’axe de roulis X-X étant parallèle à l’axe longitudinal X-X et l’axe de tangage Y-Y étant orthogonal à l’axe longitudinal X-X.

Par ailleurs, l’aéronef 1 comprend au moins une commande de vol 30, 32, 34, de préférence une pluralité de commandes de vol 30, 32, 34, chacune positionnée au sein du poste de pilotage afin d’être accessible au pilote. Les mouvements de l’aéronef 1 sont contrôlés par le pilote au moyen des commandes de vol 30, 32, 34. À cet égard, l’aéronef 1 comprend un système de transmission 40, 42, 44, 46, 48 notamment configuré pour transmettre un effort entre les commandes de vol 30, 32, 34 et les gouvernes 20, 22, et ce afin de commander un mouvement de la gouverne 20, 22 par rapport à la cellule 10, 14 en vue de produire et/ou contrôler un mouvement de l’aéronef 1 autour de son centre de gravité. Le système de transmission 40, 42, 44, 46, 48 peut être mécanique, hydraulique et/ou électrique, c’est-à-dire comprendre une pluralité de liaisons reliant les commandes de vol 30, 32, 34 aux gouvernes 20, 22, les liaisons étant mécaniques, hydrauliques et/ou électriques.

En outre, l’aéronef 1 comprend au moins un compensateur 5, de préférence une pluralité de compensateurs 5. Chaque compensateur 5 comprend un châssis 50 monté fixe sur la cellule 10, 14 et un actionneur 52 monté mobile sur le châssis 50, par exemple en rotation ou en translation par rapport au châssis 50. Le châssis 50 peut prendre la forme d’un boîtier fixé au plancher du poste de pilotage et l’actionneur 52 être un bras monté à rotation autour d’un axe s’étendant à partir du châssis 50. Le compensateur 5 peut en outre comprendre au moins un vérin agencé au sein du châssis 50 et dont la partie mobile est reliée à l’actionneur 52, de sorte à démultiplier les efforts susceptibles d’être générés par l’actionneur 52 lorsqu’il se déplace par rapport au châssis 50. Le vérin et/ou l’actionneur 52 peut être actionné par l’intermédiaire d’un moteur électrique. Alternativement, ou en complément, le compensateur 5 peut comprendre au moins un, voire plusieurs, organes de rappel mécaniques ou magnétiques, reliant le châssis 50 à l’actionneur 52 de sorte à en contrôler le mouvement et/ou la position par rapport au châssis 50. De plus, le compensateur 5 peut comprendre un dispositif d’embrayage permettant de craboter et décraboter l’actionneur 52 des organes du compensateur 5 prévus pour contrôler son mouvement et/ou sa position. Le système de transmission 40, 42, 44, 46, 48 est également configuré pour transmettre un effort entre l’actionneur 52 et au moins une des gouvernes 20, 22 afin de commander un mouvement de la gouverne 20, 22 par rapport à la cellule 10, 14 en vue de produire et/ou contrôler un mouvement de l’aéronef 1 autour de son centre de gravité. De cette manière, les compensateurs 5 peuvent compenser, c’est-à-dire amortir, en tout ou partie, les efforts perçus par le pilote sur les commandes de vol 30, 32, 34 liés aux efforts aérodynamiques auxquels les gouvernes 20, 22 sont soumises. En d’autres termes, les compensateurs 5 offrent la possibilité de contrôler le retour d’efforts perçu par le pilote dans les commandes de vol 30, 32, 34, et ce de manière précise. Enfin, les compensateurs 5 peuvent, chacun, maintenir et/ou placer au moins une des gouvernes 20, 22 dans une position permettant l’équilibre de l’avion de sorte à assurer un pilotage automatique de l’aéronef 1 en maintenant la position imposée par le pilote autour du centre de gravité de l’aéronef 1 , quelles que soient la vitesse et la masse de l’aéronef 1. À cet égard, les châssis 50 offrent un point d’ancrage des gouvernes 20, 22 sur la cellule 10, 14, par l’intermédiaire du système de transmission 40, 42, 44, 46, 48.

Le système de transmission 40, 42, 44, 46, 48 peut également comprendre au moins un organe d’actionnement linéaire 46, de préférence une pluralité d’organes d’actionnement linéaire 46s, chacun monté mobile par rapport à la cellule 10, 14. Chaque organe d’actionnement linéaire 46 est configuré pour entraîner des mouvements de faible amplitude des gouvernes 20, 22 par rapport à la cellule 10, 14, et ce à une fréquence élevée, afin d’améliorer la stabilité de l’aéronef 1 en vol. À cet égard, chaque organe d’actionnement linéaire 46 peut comprendre au moins un moteur électrique. Les organes d’actionnement linéaire 46s sont prévus pour fonctionner sans que leur action ne soit ressentie par le pilote dans sa manipulation des commandes de vol 30, 32, 34.

Par ailleurs, l’aéronef 1 comprend un système de contrôle 6, illustré en figure 2, configuré pour piloter au moins l’un des actionneur 52 des compensateurs 5, typiquement une position et/ou une vitesse d’un mouvement de l’actionneur 52 par rapport au châssis 50. Le système de contrôle 6 peut typiquement comprendre un calculateur (ou processeur) configuré pour recevoir des informations et pour les traiter de sorte à transmettre une commande au compensateur 5, typiquement au moteur électrique du compensateur 5, pour piloter l’actionneur 52. Le cas échéant, le système de contrôle 6 peut également être configuré pour piloter au moins l’un des organes d’actionnement linéaire 46.

L’aéronef 1 illustré sur la figure 1 est un hélicoptère 1. La voilure 12 de l’hélicoptère 1 est tournante, c’est-à-dire qu’elle comprend au moins un rotor principal 20 monté mobile à rotation par rapport au fuselage 10. À cet égard, le rotor principal 20 comprend une pluralité de pales 200, chaque pale 200 présentant une forme aérodynamique et étant propre à être contrôlée, notamment en incidence, pour générer la portance nécessaire à la sustentation de l’hélicoptère 1 lors de la mise en rotation du rotor. En outre, la position du plan de rotation des pales 200 peut également être contrôlée pour commander un mouvement de l’hélicoptère 1 autour de l’axe de tangage Y-Y et de l’axe de roulis X-X. Dès lors, le rotor principal 20 constitue à la fois la gouverne de tangage et la gouverne de roulis de l’hélicoptère 1.

L’empennage 14 de l’hélicoptère 1 comprend un rotor anti couple 22, ou rotor de queue 22, qui comprend également une pluralité de pales 220 présentant chacune une forme aérodynamique et étant également propre à être contrôlée, notamment en incidence, pour contrôler les mouvements de l’hélicoptère 1 autour de l’axe de lacet Z-Z, l’axe de rotation du rotor de queue 22 étant orthogonal à l’axe de rotation du rotor principal 20. Le rotor de queue 22 constitue donc la gouverne de lacet de l’hélicoptère 1.

Les commandes de vol 30, 32, 34 de l’hélicoptère 1 comprennent un manche 30, qui est prévu pour s’étendre entre les jambes du pilote et permet de contrôler les mouvements de l’hélicoptère 1 autour de l’axe de tangage Y-Y et de l’axe de roulis X-X, notamment par pilotage de l’inclinaison du plan de rotation des pales 200 du rotor principal 20, un palonnier 32, de préférence deux pédales de palonnier 32, qui permettent de contrôler les mouvements de l’hélicoptère 1 autour de l’axe de lacet Z-Z, notamment par pilotage de la vitesse de rotation du rotor de queue 22 et/ou de l’incidence des pales 220 du rotor de queue 22, et un collectif 34 qui permet de contrôler les mouvement de l’hélicoptère 1 selon l’axe de lacet Z-Z, c’est-à-dire les mouvement d’élévation verticale de l’hélicoptère 1 , notamment par pilotage de la vitesse de rotation du rotor principal 20 et/ou de l’incidence des pales 200 du rotor principal 20.

La figure 1 illustre un système de transmission 40, 42, 44, 46, 48 mécanique qui comprend un ensemble de tringleries 40, de câbles 42 et de guignols 44 reliés entre eux, aux commandes de vol 30, 32, 34, aux compensateurs 5 et aux gouvernes 20, 22. Dans un tel système de transmission 40, 42, 44, 46, 48, les organes d’actionnement linéaire 46 sont, chacun, agencés sur un des câbles 42 de sorte à relier deux extrémités de câble 42 libres entre elles. En outre, l’extrémité libre du bras formé par l’actionneur 52 est reliée à au moins un des câbles 42.

La figure 1 illustre en outre que le système de transmission 40, 42, 44, 46, 48 mécanique peut comprendre au moins un servomoteur hydraulique 48, de préférence une pluralité de servomoteurs hydrauliques 48, par exemple un servomoteur hydraulique 48 relié au rotor de queue 22 et une pluralité de servomoteurs hydrauliques 48 reliés au rotor principal 20. Les servomoteurs hydrauliques 48 sont configurés pour démultiplier l’effort transmis par le pilote aux commandes de vol 30, 32, 34 et/ou l’effort généré par l’actionneur 52, lesquels efforts sont destinés à être transmis au rotor principal 20 et au rotor de queue 22. De cette manière, le contrôle des gouvernes 20, 22 est facilité, notamment dans des conditions où les efforts aérodynamiques auxquels sont soumis les pales du rotor principal 20 et du rotor de queue 22 sont élevés, ce qui rend le contrôle de leur mouvement par rapport à la cellule 10, 14 particulièrement difficile.

Le poids des servomoteurs hydrauliques 48 et des systèmes d’alimentation hydrauliques nécessaires à leur fonctionnement réduit l’autonomie en vol de l’hélicoptère 1. C’est pourquoi il peut être prévu que le système de transmission 40, 42, 44, 46, 48 mécanique en soit dépourvu.

Le cas échéant, il est toutefois nécessaire d’assurer la fonction des servomoteurs hydrauliques 48, typiquement au moyen d’actionneurs électriques de puissance, qui présentent l’avantage de ne plus nécessiter la présence de systèmes d’alimentation hydrauliques, mais nécessitent l’intégration d’une électronique de puissance pilotée par les compensateurs 5 et/ou les organes d’actionnement linéaire 46.

Une autre manière d’assurer la fonction des servomoteurs hydrauliques 48 est d’utiliser au moins un des compensateurs 5 en adaptant le pilotage réalisé par le système de contrôle 6 de sorte à permettre au compensateur 5 de générer des efforts plus importants pour déplacer et/ou maintenir en position les gouvernes 20, 22 par rapport à la cellule 10, 14 sans que le ressenti haptique du pilote manipulant les commandes de vol 30, 32, 34 ne soit modifié.

À cet égard, comme illustré sur la figure 2, le système de contrôle 6 est configuré pour piloter l’actionneur 52 du compensateur 5 en fonction d’un effort exercé sur la commande de vol 30, 32, 34 de sorte à contrôler un mouvement de la gouverne 20, 22 par rapport à la cellule 10, 14. L’effort est exercé sur la commande de vol 30, 32, 34 par le pilote. Mais, au lieu d’être transmis à au moins une des gouvernes 20, 22 par le système de transmission 40, 42, 44, 46, 48 mécanique, il est mesuré pour piloter le compensateur 5 afin que ce soient les efforts exercés par l’actionneur 52 qui soient transmis aux gouvernes 20, 22 par le système de transmission 40, 42, 44, 46 mécanique en vue de les contrôler. De cette manière, outre ses fonctions de régulation de retour d’effort perçu par le pilote et de pilotage automatique pour maintenir l’équilibre de l’hélicoptère 1 , le compensateur 5 remplit la fonction d’assistance au pilotage manuel de l’hélicoptère 1 qui était auparavant remplie par les servomoteurs hydrauliques 48.

Pour ce faire, il peut être prévu que l’hélicoptère 1 comprenne un capteur d’effort 7 configuré pour mesurer une intensité de l’effort exercé sur la commande de vol 30, 32, 34. Le système de contrôle 6 est alors configuré pour piloter l’actionneur 52 en fonction d’une mesure de l’intensité de l’effort réalisée par le capteur.

Alternativement, ou en complément, il peut être prévu que l’hélicoptère 1 comprenne un interrupteur 7. L’hélicoptère 1 est alors configuré de sorte que l’effort exercé sur la commande de vol 30, 32, 34 entraîne une commutation de l’interrupteur 7 d’un premier état à un deuxième état, typiquement l’effort exercé sur le manche 30 entraîne un mouvement du manche 30 qui entre en contact avec l’interrupteur 7 et le fait commuter. Le système de contrôle 6 est, dans ce cas, configuré pour piloter l’actionneur 52 en fonction d’une durée de commutation durant laquelle l’interrupteur 7 est commuté dans le deuxième état.

La figure 3 illustre plus précisément la logique de pilotage de l’actionneur 52 du compensateur 5 qui est mis en oeuvre par le système de contrôle 6 en fonction de l’effort exercé sur la commande de vol 30, 32, 34, que le pilotage soit mis en oeuvre en fonction de l’intensité de l’effort mesurée par le capteur d’effort 7 ou de la durée de commutation durant laquelle l’interrupteur 7 est commuté dans le deuxième état.

Si la mesure de l’intensité de l’effort est inférieure à un premier seuil d’intensité, ou si la durée de commutation est inférieure à un premier seuil de durée, le système de contrôle 6 est prévu pour maintenir l’actionneur 52 en position. En d’autres termes, tant que le pilote ne manifeste pas, par sollicitation des commandes de vol 30, 32, 34, sa volonté de reprendre la main pour le contrôle des gouvernes 20, 22, le compensateur 5 maintient au moins une des gouvernes 20, 22 en position par rapport à la cellule 10, 14, que ce soit suivant une commande préalable reçue des commandes de vol 30, 32, 34 ou selon une logique de pilotage automatique.

51 la mesure de la mesure de l’intensité de l’effort est supérieure au premier seuil d’intensité, ou si la durée de commutation est supérieure au premier seuil de durée, le système de contrôle 6 est prévu pour piloter une vitesse d’un mouvement de l’actionneur

52 par rapport au châssis 50 et/ou une position de l’actionneur 52 par rapport au châssis 50, en fonction de l’intensité de l’effort mesurée ou, le cas échéant, de la durée de commutation. La position et/ou la vitesse de l’actionneur 52 détermine un effort exercé par l’actionneur 52 transmis par le système de transmission 40, 42, 44, 46 mécanique à au moins une des gouvernes 20, 22. En d’autres termes, suivant la manière dont le pilote sollicite les commandes de vol 30, 32, 34, le système de contrôle 6 pilote l’actionneur 52 pour que l’effort que l’actionneur 52 exerce sur l’au moins une des gouvernes 20, 22 soit un effort qui corresponde à ce que souhaite le pilote en sollicitant la commande de vol 30, 32, 34. Le compensateur 5 remplace donc les servomoteurs hydrauliques 48 lors du pilotage manuel.

La figure 3 illustre qu’un deuxième seuil d’intensité et/ou un deuxième seuil de durée, chacun, respectivement, supérieur au premier seuil d’intensité et au premier seuil de durée, peut être prévu. Dans ce cas, le premier seuil d’intensité, respectivement le premier seuil de durée, peut ne constituer qu’un seuil de détection pour le système de contrôle 6 qui est alors informé que le pilote souhaite passer du pilotage automatique par les compensateurs 5 à un pilotage manuel. Mais le pilotage de la vitesse et/ou de la position de l’actionneur 52 n’est mis en oeuvre qu’une fois le deuxième seuil d’intensité, respectivement le deuxième seuil de durée, dépassé.

Bien que les logiques de pilotage des compensateurs 5 aient été décrites en référence à un hélicoptère 1 dans le présent exposé, ceci n’est bien entendu limitatif. En effet, de telles logiques de pilotage des compensateurs s’appliquent à tout aéronef dont le système de transmission est mécanique et dépourvu de servomoteurs hydrauliques pour assister la commande des gouvernes.

De même, les logiques de pilotage des compensateurs 5 décrites dans le présent exposé sont de préférence mises en oeuvre pour le contrôle de la gouverne de lacet 22, laquelle subit des efforts aérodynamiques bien moindre que les gouvernes 20 de tangage et de roulis, surtout au sein d’un hélicoptère 1.