FR2927428A1 - Procede et dispositif pour attenuer les effets d'une turbulence verticale sur un aeronef - Google Patents

Abstract

Le dispositif (1) comporte des moyens (5, 20) pour calculer automatiquement, à l'aide d'une composante verticale du vent, un ordre de commande pour au moins un organe qui agit sur la portance de l'aéronef et un ordre de commande pour au moins un organe qui agit sur le tangage de l'aéronef.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour atténuer sur un aéronef, en particulier un avion de transport, les effets engendrés par au moins une turbulence verticale rencontrée par cet aéronef au cours d'un vol.

On sait qu'au cours d'un vol, les turbulences violentes liées à des rafales de vent verticales, peuvent causer au niveau de l'aéronef : ù d'importantes variations d'accélération verticale qui, lorsqu'elles sont négatives, sont susceptibles de blesser les personnes dans l'aéronef ; -une déviation importante de l'aéronef en altitude, ce qui augmente le risque de collision avec un autre aéronef ; - des pics de portance sur la voilure, qui éprouvent la limite de charge de cette dernière ; et - un inconfort dans la cabine. Deux types de turbulences atmosphériques sont généralement à l'origine des troubles causés à un aéronef, à savoir : des turbulences en ciel clair, de type CAT ("Clear Air Turbulence" en anglais), qui représentent des cisaillements de vent qui se produisent souvent sans manifestation visible, généralement au-dessus de 15 000 pieds (environ 4500 mètres). Ces turbulences en ciel clair qui sont de type non convectif, apparaissent le plus souvent près de la tropopause, plutôt au-dessus des montages et plutôt en hiver. Ces turbulences pré-sentent un risque naturel en vol et peuvent entraîner des blessures des passagers et du personnel navigant dans certaines conditions particulièrement sévères. De plus, ces turbulences entraînent une consommation supplémentaire de fuel (évitement de la zone de turbulences) et contribuent à la fatigue de l'aéronef et des pilotes ; et des turbulences convectives qui sont souvent visibles par la présence de nuages. Les turbulences convectives sévères apparaissent dans des régions assez humides, de sorte qu'un radar peut généralement les détecter. Aussi, la plupart du temps, ce phénomène peut être évité par les aéronefs. Toutefois, il arrive que les pilotes soient surpris ou qu'ils n'aient pas le temps de contourner une zone de turbulences convectives. Les turbulences les plus sévères apparaissent dans les nuages d'orages, avec des courants ascendants et descendants pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres par seconde. Ces turbulences convectives sont très localisées et moins étendues que les turbulences en ciel clair. Souvent, les phénomènes précédents qui sont localisés surprennent à la fois l'équipage de l'aéronef et les systèmes de pilotage embarqués, qui n'ont pas le temps d'effectuer les manoeuvres adéquates pour en atténuer les effets qui en résultent au niveau de l'aéronef. Par les demandes de brevet FR-2 891 802 et WO-2007/042652, on connaît un procédé et un dispositif pour atténuer sur un aéronef les effets d'au moins une turbulence verticale rencontrée par cet aéronef au cours d'un vol.

Ce procédé connu prévoit de mettre en oeuvre la suite d'étapes successives suivante : a) estimer une composante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef à une position courante dudit aéronef ; b) à l'aide de ladite composante verticale du vent, calculer : ù un premier ordre de commande pour au moins un premier organe mobile commandable, en particulier une paire de spoilers, qui est susceptible d'agir sur la portance de l'aéronef, ledit premier ordre de commande étant tel qu'il permet de minimiser l'amplitude des fac- teurs de charge engendrés sur l'aéronef par la turbulence verticale ; et - un second ordre de commande pour au moins un second organe mobile commandable, de préférence une gouverne de profondeur, qui est susceptible d'agir sur le tangage de l'aéronef, ledit second ordre de commande étant destiné à compenser le moment de tangage engendré par la commande dudit premier organe mobile ; c) vérifier, à l'aide d'une logique d'activation, si des conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies ; et d) lorsque lesdites conditions d'activation sont remplies, transmettre : ù ledit premier ordre de commande à au moins un actionneur dudit premier organe mobile commandable ; et - ledit second ordre de commande à au moins un actionneur dudit se- Gond organe mobile commandable. Par conséquent, ces demandes de brevet FR-2 891 802 et WO-2007/042652 prévoient d'agir sur la portance de l'aéronef, par l'intermédiaire dudit premier organe mobile, afin de minimiser l'amplitude du facteur de charge vertical sur la cabine de l'aéronef. Quant au second organe mobile, il permet de compenser le moment de tangage engendré par la commande de ce premier organe mobile. Ces documents FR-2 891 802 et WO-2007/042652 divulguent donc un système embarqué d'évaluation du niveau de sévérité d'une turbulence verticale rencontrée par un aéronef et la mise en place d'une logi- que utilisant ce niveau de sévérité pour commander automatiquement un braquage symétrique de surfaces de contrôle direct de la portance (premiers organes mobiles), ainsi qu'un braquage de la gouverne de profondeur (second organe mobile) pour compenser les effets du moment de tangage induit par ces surfaces de contrôle direct de la portance.

Le procédé connu précité qui permet ainsi de combattre les brutales variations de facteur de charge vertical, engendrées par les turbulences verticales violentes du type précité, présente toutefois quelques inconvénients. En particulier : ù la logique d'activation prévue est basée sur le calcul d'une probabilité d'occurrence qui peut être difficilement mis en oeuvre sur un aéronef ; le contrôle de la portance, lorsqu'il est réalisé à l'aide d'un spoiler, n'est pas symétrique, puisque le spoiler ne peut pas être déplacé autour d'une position médiane ; et ù le calcul de l'estimation du vent proposé n'est pas optimal. Surtout, cette solution usuelle prévoit d'utiliser uniquement des surfaces de contrôle direct de la portance (ledit ou lesdits premiers organes mobiles) sur la voilure pour réduire le facteur de charge vertical au ni-veau de la cabine de l'aéronef. L'autorité en facteur de charge de cette solution usuelle est donc limitée en efficacité. L'atténuation qui en découle des effets longitudinaux, causés par une turbulence verticale, n'est donc pas optimale. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle comporte un procédé pour réaliser une atténuation optimisée sur un aéronef, en particulier un avion de transport, des effets d'au moins une turbulence verticale rencontrée par cet aéronef au cours d'un vol. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé selon lequel : a) on détermine une composante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef à une position courante dudit aéronef ; b) à l'aide de ladite composante verticale du vent, on calcule : un premier ordre de commande pour au moins un premier organe mobile commandable qui est susceptible d'agir sur la portance de l'aéronef, ledit premier ordre de commande étant tel qu'il permet de minimiser l'amplitude des facteurs de charge engendrés sur l'aéronef par la turbulence verticale ; et un second ordre de commande pour au moins un second organe mobile commandable qui est susceptible d'agir sur le tangage de l'aéronef, ledit second ordre de commande étant destiné à compenser le moment de tangage engendré par la commande dudit premier organe mobile ; c) on vérifie si des conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies ; et 1 0 d) lorsque lesdites conditions d'activation sont remplies, on transmet : û ledit premier ordre de commande à au moins un actionneur dudit premier organe mobile commandable ; et û ledit second ordre de commande à au moins un actionneur dudit second organe mobile commandable, 15 est remarquable en ce que l'on réalise, de plus, au cours du vol, de façon automatique et itérative, la suite d'étapes successives suivante : a) à l'aide de ladite composante verticale du vent, on détermine un écart type du vent ; [3) on compare cet écart type à une valeur de seuil prédéterminée, ladite 20 valeur de seuil étant telle que, si ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, la fréquence du vent est inférieure à celle de l'oscillation de l'incidence de l'aéronef, due au vent ; y) on calcule, à l'aide de valeurs courantes de paramètres de vol, un second ordre de commande auxiliaire pour ledit second organe mobile 25 commandable qui est susceptible d'agir sur le tangage de l'aéronef, le-dit second ordre de commande auxiliaire étant destiné à agir indirecte-ment sur la portance au niveau du centre de gravité de l'aéronef de manière à permettre d'augmenter l'autorité en facteur de charge ; et 8) lorsque, d'une part, lesdites conditions d'activation sont remplies et, d'autre part, ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, on transmet ledit second ordre de commande à l'actionneur dudit second organe mobile de sorte que ledit second organe mobile est alors soumis à un ordre de commande global correspondant à la somme dudit second ordre de commande et dudit second ordre de commande auxiliaire. Ainsi, grâce à l'invention, pour atténuer les effets engendrés sur un aéronef par une turbulence verticale, on ne commande pas uniquement le ou les premiers organes mobiles qui agissent directement sur la portance de l'aéronef, mais on commande également ledit second organe mobile qui agit sur le tangage, et ceci dans le but d'augmenter l'autorité en facteur de charge de l'atténuation mise en oeuvre par ledit ou lesdits premiers organes mobiles. Par conséquent, grâce à l'invention, ledit se- cond organe mobile réalise une double fonction, à savoir : une première fonction de compensation du moment de tangage (engendré par la commande du premier organe mobile), comme dans la solution usuelle précitée ; et une seconde fonction d'action indirecte sur la portance au niveau du centre de gravité de l'aéronef de manière à augmenter l'autorité en fac- teur de charge. Par cette augmentation de l'autorité en facteur de charge, on minimise davantage l'amplitude du facteur de charge vertical engendré par la turbulence verticale, que dans la solution usuelle précitée. On obtient ainsi une atténuation accrue et optimisée des effets engendrés par la turbulence verticale. En outre, cette seconde fonction est uniquement mise en oeuvre lorsque la fréquence du vent est inférieure à celle de l'oscillation de l'incidence de l'aéronef, c'est-à-dire lorsque l'action du second organe mobile est efficace, comme précisé ci-dessous. Dans le cadre de la présente invention, on peut notamment pré-voir : comme premier organe mobile : un spolier, un aileron, un flaperon, un bec, ou un volet ; et comme second organe mobile : un aileron ou de préférence une gouverne de profondeur. On notera que pour modifier la portance d'un aéronef avec des surfaces de contrôle (spoilers, ailerons, ...) de la voilure, il est nécessaire de commander le braquage d'au moins une paire de telles surfaces de contrôle, à savoir une surface de contrôle sur chaque aile (ces surfaces de contrôle étant symétriques par rapport au fuselage de l'aéronef). En outre, pour éviter des modifications de facteur de charge verti- cal trop brutales, de façon avantageuse, lorsque les conditions d'activation (qui étaient remplies précédemment) ne le sont plus, on annule progressivement lesdits ordres de commande que l'on transmet auxdits actionneurs pour obtenir un retour progressif des organes mobiles à leur position initiale.

Par ailleurs, de façon avantageuse, à l'étape a), on calcule l'écart type du vent a(k) à l'aide des expressions suivantes : 6(k) = a max(k) / 3 6 max(k) = pA.l Wzo(k)J + (1ù pA) .I Wzo(k) ù Wzo(k ù 2) 1/ 2.Te dans lesquelles : ù pA est une constante prédéterminée ; 25 ù k est un entier ; ù Te est la période d'échantillonnage ; ù Wzo(k) est la composante verticale du vent dans un repère géographique à un instant k. Te ù a(k) est l'écart type du vent à l'instant k.Te ; et ù amax(k) est le maximum du vent à l'instant k.Te.

En outre, avantageusement, à l'étape y), on calcule ledit second ordre de commande auxiliaire 8gawd (destiné à une gouverne de profondeur) à l'aide de l'expression suivante : 8gawd = K.(s-mq).awdl /m8q dans laquelle : ù K est une constante prédéterminée ; - mq et m8q sont des coefficients prédéterminés ; et ù awdl est la dérivée de l'incidence de l'aéronef, induite par le vent. Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, à l'étape c) : cl) on traduit la composante verticale du vent, prise dans un repère lié à l'aéronef, en un angle d'incidence, et on détermine la composante dy- namique de cet angle d'incidence ; c2) on détermine une valeur de seuil courante qui dépend de la masse, de la vitesse courante et de l'altitude courante de l'aéronef ; et c3) on compare ladite composante dynamique de l'angle d'incidence à la- dite valeur de seuil courante, et on conclut que les conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies, lorsque ladite composante dynamique de l'angle d'incidence est supérieure à ladite valeur de seuil courante. On obtient ainsi une logique d'activation qui peut être facilement mise en oeuvre sur un aéronef, à la différence de la solution usuelle préci- tée. Dans un mode de réalisation préféré, on utilise comme premiers organes mobiles au moins une paire de spoilers. Toutefois, un spoiler est une surface de contrôle non symétrique de sorte qu'il peut modifier la por- tance uniquement dans un seul sens lorsqu'il est actionné. II n'est, par conséquent, pas possible de choisir entre une commande du spoiler augmentant la portance et une commande du spoiler diminuant la portance. Aussi, pour remédier à cet inconvénient, dans ce mode de réalisation pré- féré : on réalise un braquage initial dudit spoiler (en cas de détection d'une turbulence verticale) de manière à l'amener à une position de braquage intermédiaire ; et on applique ledit premier ordre de commande audit spoiler par rapport à 10 cette position de braquage intermédiaire. Ainsi, par ce braquage initial du spoiler à une position intermédiaire (qui correspond par exemple à un quart de la plage de débattement maxi-male du spoiler), on est en mesure de commander le déplacement du spoiler dans un sens ou dans l'autre par rapport à cette position de bra- 15 quage intermédiaire. On est donc en mesure soit de diminuer, soit d'augmenter, la portance initiale (avant application d'un ordre de commande) qui est représentative de cette position de braquage intermédiaire. En outre, lorsque l'aéronef est muni d'un système de pilotage automatique, la réaction du système de pilotage automatique à une action 20 conforme à l'invention d'atténuation des effets d'une turbulence, peut conduire, dans certains cas, à un déphasage par rapport au phénomène et donc à une dégradation des conditions de vol. Aussi, pour remédier à cet inconvénient, de façon avantageuse, lorsque au moment où les conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies, le 25 système de pilotage automatique est engagé, on limite l'autorité dudit système de pilotage automatique. La présente invention concerne également un dispositif pour atténuer sur un aéronef, par exemple un avion de transport, les effets d'au moins une turbulence verticale rencontrée par cet aéronef au cours d'un vol. Selon l'invention, le dispositif du type comportant : au moins un premier organe mobile commandable qui est susceptible d'agir sur la portance de l'aéronef ; au moins un second organe mobile commandable qui est susceptible d'agir sur le tangage de l'aéronef ; des moyens pour déterminer une composante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef à une position courante dudit aéronef ; des moyens pour calculer automatiquement, à l'aide de ladite composante verticale du vent : un premier ordre de commande pour ledit premier organe mobile commandable, ledit premier ordre de commande étant tel qu'il per-met de minimiser l'amplitude des facteurs de charge engendrés sur l'aéronef par la turbulence verticale ; et un second ordre de commande pour ledit second organe mobile commandable, ledit second ordre de commande étant destiné à compenser le moment de tangage engendré par la commande dudit premier organe mobile ; des moyens de vérification pour vérifier si des conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies ; et des moyens de transmission pour transmettre automatiquement lorsque lesdites conditions d'activation sont remplies : ledit premier ordre de commande à au moins un actionneur dudit premier organe mobile commandable ; et ledit second ordre de commande à au moins un actionneur dudit second organe mobile commandable, est remarquable en ce que : û il comporte, de plus : • des moyens pour déterminer, à l'aide de ladite composante verticale du vent, un écart type du vent ; • des moyens pour comparer cet écart type à une valeur de seuil prédéterminée, ladite valeur de seuil étant telle que, si ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, la fréquence du vent est inférieure à celle d'une oscillation de l'incidence de l'aéronef, due au vent ; et • des moyens pour calculer, à l'aide de valeurs courantes de paramètres de vol, un second ordre de commande auxiliaire pour ledit se- 1 o cond organe mobile commandable, ledit second ordre de commande auxiliaire étant destiné à agir indirectement sur la portance au ni-veau du centre de gravité de l'aéronef de manière à permettre d'augmenter l'autorité en facteur de charge ; et lesdits moyens de transmission transmettent automatiquement, lorsque, 15 d'une part, lesdites conditions d'activation sont remplies et, d'autre part, ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, ledit second ordre de commande à l'actionneur dudit second organe mobile de sorte que ledit second organe mobile est alors soumis à un ordre de commande global correspondant à la somme dudit second ordre de 20 commande et dudit second ordre de commande auxiliaire. Le dispositif conforme à la présente invention permet donc d'atténuer, de façon optimale, l'amplitude du facteur de charge vertical engendré par une turbulence verticale, et ceci en tout point de l'aéronef. Il permet également de réduire d'éventuelles variations d'altitude. 25 De plus, ce dispositif conforme à l'invention présente l'avantage de pouvoir être implanté sur tout type d'aéronef (militaire, civil, commercial) qui est muni à la fois d'au moins un premier organe mobile (spoiler, aileron, ...) de type quelconque ayant un effet sur la portance, et d'au moins un second organe mobile (gouverne de profondeur, aileron) de type quelconque ayant un effet sur le tangage. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 2 montre schématiquement un exemple de réalisation particulier de moyens faisant partie d'un dispositif conforme à l'invention. 1 o Les figures 3, 4 et 5 montrent schématiquement divers exemples d'organes mobiles commandables d'un aéronef, qui sont susceptibles d'être employés dans un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique-ment sur la figure 1, est destiné à atténuer sur un aéronef non représenté, 15 par exemple un avion de transport, les effets d'au moins une turbulence verticale rencontrée par cet aéronef au cours d'un vol. On sait qu'une turbulence correspond à une agitation de l'air qui se superpose au mouvement moyen de l'air et qui est constituée par des mouvements désordonnés, en continuelle transformation. Une turbulence 20 se rencontre à l'intérieur ou au voisinage des nuages (par exemple dans un nuage orageux où coexistent des courants verticaux de sens contraires). Il existe également des turbulences en ciel clair, soit près du sol, soit surtout à très haute altitude à proximité de courants jets. Pour ce faire, ledit dispositif 1 comporte : 25 un ensemble 2 de sources d'informations, qui comprennent des moyens usuels pour mesurer (ou calculer), lors d'un vol, les valeurs courantes de paramètres de l'aéronef, précisés ci-dessous ; des moyens 3 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 4 audit ensemble 2 de sources d'informations et qui sont formés de manière à déterminer une composante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef, à une position courante dudit aéronef ; une- unité de calcul 5 qui est reliée par l'intermédiaire d'une liaison 6 auxdits moyens 3 et qui est formée de manière à calculer, à l'aide de ladite composante verticale du vent reçue desdits moyens 3 : un premier ordre de commande pour au moins un premier organe mobile 10 (ou surface de contrôle) commandable précisé ci-dessous, qui est susceptible d'agir sur la portance de l'aéronef. Ce premier ordre de commande est tel qu'il permet de minimiser l'amplitude des facteurs de charge engendrés sur l'aéronef par la turbulence verticale ; et un second ordre de commande pour au moins un second organe mobile 14 (ou surface de contrôle) commandable précisé ci-dessous, qui est susceptible d'agir sur le tangage de l'aéronef. Ce second organe de commande est tel qu'appliqué audit second organe mobile 14, il permet notamment de compenser le moment de tangage engendré par la commande dudit premier organe mobile 10; un ensemble Al de moyens d'actionnement 8 qui sont susceptibles d'actionner, c'est-à-dire de déplacer, comme illustré par une liaison 9 en trait mixte, au moins un premier organe mobile 10 faisant partie d'un ensemble B1. Ledit ensemble B1 peut comporter un ou plusieurs premiers organes mobiles 10 précisés ci-dessous. Ledit ensemble Al reçoit ledit premier ordre de commande par l'intermédiaire d'une liaison 11 de ladite unité de calcul 5, et les moyens d'actionnement 8 déplacent le ou lesdits premiers organes mobiles 10 dudit ensemble B1, de façon usuelle, conformément audit premier ordre de commande ; un ensemble A2 de moyens d'actionnement 12 qui sont susceptibles d'actionner, c'est-à-dire de déplacer, comme illustré par une liaison 13 en trait mixte, au moins un second organe mobile 14 faisant partie d'un ensemble B2. Ledit ensemble B2 peut comporter un ou plusieurs seconds organes mobiles 14 précisés ci-dessous. Ledit ensemble A2 reçoit le second ordre de commande par l'intermédiaire d'une liaison 15 de ladite unité de calcul 5, et ses moyens d'actionnement 12 déplacent le ou les seconds organes mobiles 14 dudit ensemble B2, de façon usuelle, conformément audit second ordre de commande ; des moyens de vérification 16 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 17 auxdits moyens 3 et qui sont formés de manière à vérifier si 1 o des conditions d'activation précisées ci-dessous, qui mettent en évi- dence une turbulence sévère, sont remplies ou non ; et des moyens de transmission 18 qui sont associés à ladite unité de cal-cul 5 et qui sont formés de manière à transmettre automatiquement lesdits premier et second ordres de commande auxdits ensembles Al et 15 A2, uniquement lorsque lesdits moyens de vérification 16 les ont pré-venus par l'intermédiaire d'une liaison 19 que les conditions d'activation sont remplies. On notera que pour modifier la portance d'un aéronef dont les premiers organes mobiles 10 sont montés sur des ailes de l'aéronef, il est 20 nécessaire de commander le braquage de (au moins) une paire de tels premiers organes mobiles 10, à savoir un organe mobile par aile, ces premiers organes mobiles étant symétriques par rapport au fuselage de l'aéronef. Selon l'invention, notamment pour optimiser l'atténuation (des ef- 25 fets d'une turbulence) mise en oeuvre par ledit dispositif 1, ce dernier comporte, de plus, un ensemble 20 qui peut, par exemple, être intégré dans l'unité de calcul 5 et qui comprend, comme représenté sur la figure 2: û des moyens 21 pour déterminer, à l'aide de ladite composante verticale du vent reçue desdits moyens 3, un écart type du vent ; des moyens 22 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 23 aux-dits moyens 21 et qui sont formés de manière à comparer cet écart type à une valeur de seuil prédéterminée. Cette valeur de seuil est telle que, si ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, la fréquence du vent est inférieure à celle de l'oscillation de l'incidence de l'aéronef ; des moyens 24 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 25 aux- dits moyens 22 et qui sont formés de manière à calculer, à l'aide de valeurs courantes de paramètres de vol, un second ordre de commande auxiliaire pour ledit (ou lesdits) second(s) organe(s) mobile(s) 14 commandable(s). Ce second ordre de commande auxiliaire est destiné à permettre audit (ou auxdits) second(s) organe(s) mobile(s) 14 d'agir in- directement sur la portance au niveau du centre de gravité de l'aéronef de manière à augmenter l'autorité en facteur de charge. De plus, selon l'invention, lesdits moyens de transmission 18 sont formés de manière à transmettre automatiquement ledit second ordre de commande à l'actionneur (ou aux actionneurs) 12 dudit (ou des) second(s) organe(s) mobile(s) 14 lorsque, d'une part, lesdites conditions d'activation sont remplies et, d'autre part, ledit écart type est supérieur ou égal à la-dite valeur de seuil. Ledit second organe mobile 14 est alors soumis à un ordre de commande global correspondant à la somme dudit second ordre de commande et dudit second ordre de commande auxiliaire.

Ainsi, le dispositif 1 conforme à l'invention prévoit, pour atténuer les effets engendrés sur un aéronef par une turbulence verticale, de commander non seulement le ou les premiers organes mobiles 10 qui agissent directement sur la portance de l'aéronef, mais également le ou lesdits second(s) organe(s) mobile(s) 14 qui agit(ssent) sur le tangage, et ceci dans le but d'augmenter l'autorité en facteur de charge de l'atténuation mise en oeuvre par ledit ou lesdits premiers organes mobiles 10. Par conséquent, grâce à l'invention, ledit (ou lesdits) second(s) organe(s) mobile(s) réalise(nt) une double fonction, à savoir : une première fonction usuelle de compensation du moment de tangage (engendré par la commande du ou des premiers organes mobiles 10) ; et une seconde fonction d'action indirecte sur la portance au niveau du centre de gravité de l'aéronef de manière à augmenter l'autorité en fac- teur de charge. Par cette augmentation de l'autorité en facteur de charge, le dis-positif 1 est en mesure de minimiser davantage l'amplitude du facteur de charge vertical engendré par la turbulence verticale. On obtient ainsi une atténuation accrue et optimisée des effets engendrés par la turbulence verticale. En outre, cette seconde fonction est uniquement mise en oeuvre lorsque la fréquence du vent est inférieure à celle de l'oscillation de l'incidence de l'aéronef, c'est-à-dire lorsque l'action du ou des seconds organes mobiles 14 est efficace, comme précisé ci-dessous.

Dans le cadre de la présente invention, ledit ensemble B1 peut comporter comme premier organe mobile 10 : au moins un spoiler 26 qui est monté sur une aile 27 de l'aéronef et qui est associé à un actionneur usuel 8A, comme représenté sur la figure 3 ; et/ou au moins un aileron 28 qui est également monté sur une aile 27 de l'aéronef et qui est associé à un actionneur usuel 8B, comme représenté sur la figure 4 ; et/ou au moins un flaperon usuel (non représenté) ; et/ou au moins un bec usuel (non représenté) ; et/ou au moins un volet usuel (non représenté). De plus, ledit ensemble B2 comporte, de préférence, comme second organe mobile 14, une gouverne de profondeur usuelle 29 qui est montée sur une empannage horizontal 30 de l'aéronef et qui est associée à un actionneur usuel 12, comme représenté sur la figure 5. Le dispositif 1 conforme à l'invention est destiné à atténuer, en temps réel, les variations de facteur de charge induites par une turbulence, et surtout à éviter des excursions en facteur de charge négatifs (accélérations verticales négatives) en tout point de la cabine, c'est-à-dire à la fois à proximité du centre de gravité, à l'avant et à l'arrière de l'aéronef. De façon connue, les équations linéarisées longitudinales de l'aéronef donnent pour la force de portance et le moment de tangage : "a1" (pa 1 \ (a\ "p8s p8q "8s" "pawd + .awd q1~ \ma mq) \q) \m8s m8q/ \8q, \mawd) dans lesquelles on trouve les paramètres suivants : ù a l'incidence de l'aéronef ; ù al la dérivée de l'incidence par rapport au temps ; - q la vitesse angulaire de tangage ; q l la dérivée par rapport au temps de la vitesse angulaire de tangage ; pa, md et mq les coefficients linéarisés de la matrice dynamique ; 8s la déflexion symétrique des surfaces de contrôle (ou organes mobiles) sur la voilure ; p8s et m8s les efficacités associées (à ss) en portance et en tangage ; ù 8q la déflexion des surfaces de tangage (seconds organes mobiles 14) ; ù p8q et m8q les efficacités associées (à 8q) en portance et en tangage ; ù awd l'incidence de l'aéronef, qui est induite par le vent ; et pawd et mawd les efficacités associées (à awd) en portance et en tan-gage avec : 'pawd = ùpa mawd = ùma Selon l'invention, les effets-du vent sur la dérivée de l'incidence et de la vitesse angulaire de tangage sont contrés par les organes mobiles (Aal =0, Aq1 =0). Le calcul du vent, mis en oeuvre par les moyens 3, nécessite de connaître : les grandeurs suivantes fournies par les centrales inertielles usuelles de l'aéronef, faisant partie dudit ensemble 2 : • les accélérations de l'aéronef selon les axes de roulis, de tangage et de lacet de l'aéronef ; • le vecteur vitesse sol avec la vitesse nord-sud, la vitesse est-ouest, et la vitesse verticale ; • les angles d'attitude (I), 0 et yr ; et • les vitesses angulaires associées p, q et r respectivement de roulis, tangage et lacet ; et les grandeurs suivantes fournies par des capteurs anémomètriques usuelles de l'aéronef, faisant également partie dudit ensemble 2 : • la vitesse air ; • l'incidence a ; et • le dérapage p s'il est mesurable, sinon une estimée. Les trois composantes du vent sont calculées, de façon usuelle, dans un repère lié à l'aéronef, à partir de la vitesse sol, de la vitesse air, des angles d'attitude, de l'incidence et du dérapage. Ce repère lié à l'aéronef comprend de façon usuelle : un premier axe qui est défini selon l'axe longitudinal de l'aéronef ; un deuxième axe qui est orthogonal à ce premier axe et qui passe par le plan moyen des ailes de l'aéronef ; et un troisième axe qui est perpendiculaire au plan formé par lesdits pre- mier et deuxième axes et qui passe au centre de gravité de l'aéronef. Les composantes du vent sont ensuite transposées, de façon usuelle, du repère lié à l'aéronef dans un repère terrestre usuel. On re- trouve par conséquent deux composantes horizontales (nord, est) et une composante verticale. Le calcul du vent ne nécessite donc pas de capteur spécifique. Par ailleurs, selon l'invention, lesdits moyens d'activation 16 com-portent des éléments (intégrés et non représentés) pour respectivement : traduire la composante verticale du vent, prise dans le repère lié à l'aéronef, en un angle d'incidence, et déterminer la composante dyna- mique de cet angle d'incidence ; déterminer une valeur de seuil courante qui dépend de la masse, de la vitesse courante, et de l'altitude courante de l'aéronef ; et comparer ladite composante dynamique de l'angle d'incidence à ladite valeur de seuil courante, et conclure que les conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies, lorsque ladite composante dynamique de l'angle d'incidence est supérieure à ladite valeur de seuil courante. II existe donc un risque de turbulence sévère lorsque la composante dynamique de l'incidence awd due au vent est supérieure à une va- leur (d'incidence) de seuil awdseuil. Un booléen d'activation est donc dé-fini par les moyens d'activation 1 6, qui est tel qu'il devient égal à 1, lors-que : [(t.$)/ (1 + i.$)].awd> awdseuil avec : û i la constante de temps du filtre enlevant la partie statique du signal (à savoir la composante verticale du vent) ; et ù s la variable de Laplace ; Cette information est utilisée pour modifier les gains des lois de commande de vol et envoyer des ordres spécifiques sur les organes mobiles (ou surfaces de contrôle), pendant le temps où la détection est active et où l'aéronef traverse la turbulence. Ladite valeur de seuil awdseuil est déterminée par des tables qui dépendent de la masse, de la vitesse et de l'altitude de l'aéronef. Ces ta- bles sont définies au préalable par des simulations de réponse de l'aéronef, permettant de déterminer l'incidence du vent à partir de laquelle l'accélération verticale de l'aéronef va excéder une valeur particulière, par exemple 0, 3 g, dans un futur proche (de l'ordre de la seconde par exemple).

La logique d'activation précitée, utilisée par les moyens d'activa- tion 16, peut être facilement mise en oeuvre par un aéronef. Par ailleurs, à partir de l'estimation du vent vertical dans le repère géographique (ou repère terrestre), les moyens 21 estiment l'écart type du vent en temps réel, une quantité réelle positive caractérisant la répartition du vent autour de sa moyenne. Pour cela, lesdits moyens 21 déterminent une valeur correspondant à un maximum courant, à partir de la propagation sur un temps très court de la valeur courante du vent vertical. Ce maximum est calculé sur une fenêtre glissante de quelques centaines de millisecondes. Si on considère des grandeurs gaussiennes, on peut définir ce maximum comme étant égal à trois fois l'écart type. Aussi, dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens 21 calculent l'écart type du vent a(k) à l'aide des expressions suivantes : a(k) = a max(k) / 3 la max(k) = pA. Wzo(k) 1 + (1 û pA) . Wzo(k) -- Wzo(k û 2) i / 2.Te dans lesquelles : pA est une constante prédéterminée, qui est comprise entre 0 et 1 pour pondérer l'ajout d'un terme de propagation sur le vent ; û k est un entier ; Te est la période d'échantillonnage ; Wzo(k) est la composante verticale du vent dans le repère géographique (ou terrestre) à un instant k.Te ; a(k) est l'écart type du vent à l'instant k.Te ; et amax(k) est le maximum du vent à l'instant k.Te. Selon les hypothèses de Kolmogorov ou de Von Karman, on peut arriver à connaître des gabarits de spectres de turbulence sévère (amplitude-fréquences). L'énergie se transfère des vortex les plus gros vers les vortex les plus petits. L'amplitude d'une rafale de vent est donc propor- tionnelle à sa longueur et inversement proportionnelle à sa fréquence. On peut donc arriver à définir des valeurs d'écart type de turbulence sévère pour des plages de fréquences. Les gouvernes de profondeur 29 étant uniquement efficaces pour des fréquences de vent qui correspondent à l'oscillation d'incidence, l'objectif est d'arriver à définir, sans filtrer le vent (ce qui créerait du retard et donc dégraderait les conditions ...), si le vent est dans une plage en dessous de l'oscillation d'incidence ou dans une plage supérieure. On utilise donc un écart type seuil (aseuil) qui permet de supposer que, lorsque l'écart type a(k) du vent (calculé de la manière précitée) est supérieur à cet écart type seuil aseuil, le vent est dans la plage en des-sous de l'oscillation d'incidence et l'utilisation de la ou des gouvernes de profondeur 29 peut s'avérer efficace.

En revanche, lorsque l'écart type a(k) du vent est inférieur à l'écart type seuil aseuil, les gouvernes de profondeur 29 ne sont plus efficaces et, dans ce cas, les moyens de transmission 18 envoient uniquement des ordres aux surfaces de contrôle direct de la portance de l'aile 27 pour contrôler la portance. Dans cette situation, la ou les gouvernes de profondeur 29 sont uniquement utilisées pour compenser les effets de tangage (à l'aide du second ordre de commande précité). On peut également filtrer les hautes fréquences avec un filtre passe-bas pour éviter d'utiliser des surfaces de contrôle qui n'auraient pas les effets recherchés à de plus hautes fréquences. Par conséquent, selon l'invention, l'ordre de commande global qui est transmis au(x) second(s) organe(s) mobile(s) 14 est égal à la somme : d'un ordre Sgcomp (à savoir ledit second ordre de commande précité) qui est fonction du vent, du premier ordre de commande [destiné au(x) premier(s) organe(s) mobile(s) 10 agissant directement sur la portance], et de l'altitude, de la vitesse et du centrage pour contrôler le moment de tangage en dynamique. Une partie de ce moment est induite par le vent et une autre par le(s) premier(s) organe(s) mobileOs 10 (Aq1 =0) ; et d'un ordre 8gawd (à savoir ledit second ordre de commande auxiliaire précité) qui est fonction de la dérivée par rapport au temps de l'incidence induite par le vent, du centrage, de l'altitude et de la vitesse pour réduire les excursions en facteur de charge au centre de gravité (ANzcg=0). Cet ordre est toutefois activable uniquement pour de fai- bles fréquences de vent (6(k)>_6seuil). Dans le cas où l'on utilise une ou des gouvernes de profondeur 29 comme second(s) organe(s) mobile(s) 14, lesdits moyens 24 calculent le-dit second ordre de commande auxiliaire Sgawd à l'aide de l'expression suivante : 8gawd = K.(s-mq).awdl /m8q dans laquelle : K est une constante prédéterminé-e, qui est comprise entre 0 et 1 pour conserver une stabilité suffisante du_ système et pour instaurer un corn- promis entre l'équilibrage du tangage et le gain en facteur de charge au centre de gravité de l'aéronef ; mq et m8q sont des coefficients prédéterminés ; et awd1 est la dérivée (par rapport au temps) de l'incidence de l'aéronef awd, induite par le vent.

De plus, ladite unité de calcul 5 calcule ledit second ordre de commande 8gcomp à l'aide de l'expression suivante : 8gcomp = (ma / m8q).awd ù (m8p / m8q).8sp On notera qu'une gouverne de profondeur 29 ne présente aucune efficacité en portance, puisqu'elle est située sur l'empennage horizontal arrière 30. Dans un mode de réalisation préféré, on utilise comme premier organe mobile 10 au moins un spoiler 26. Toutefois, un spoiler 26 est une surface de contrôle non symétrique de sorte qu'il peut modifier la portance uniquement dans un seul sens lorsqu'il est actionné. Il n'est, par consé- quent, pas possible de choisir entre une commande du spoiler augmentant la portance et une commande du spoiler diminuant la portance. Aussi, pour remédier à cet inconvénient, dans ce mode de réalisation préféré : on réalise un braquage initial du-dit spoiler 26 (en cas de détection d'une turbulence verticale) de manière à l'amener à une position de braquage intermédiaire ; et on applique ledit premier ordre de commande audit spoiler 26 par rapport à cette position de braquage intermédiaire. Un ordre proportionnel au vent permet de construire l'ordre 8sp à envoyer de façon symétrique autour de la position intermédiaire. Une avance de phase modulée par le rapport d'efficacité entre le vent et les premiers organes mobiles 10 (de contrôle direct de la portance) est appliquée sur les ordres. On obtient : 8sp=8sp0+(pa / p8sp).((1 +a.t.$) / (1 +r.$)).awd avec : û 8sp0 la position intermédiaire de prébraquage (8sp0 est supérieur à 0) ; et û a et ti des paramètres caractéristiques de l'avance de phase, qui sont supérieurs à zéro.

Ainsi, par ce braquage initial du spoiler 26 à une position intermédiaire (qui correspond par exemple à un quart de la plage de débattement maximale du spoiler 26), on est en mesure de commander le déplacement du spoiler 26 dans un sens ou dans l'autre par rapport à cette position de braquage intermédiaire. On est donc en mesure soit de diminuer, soit d'augmenter, la portance initiale (avant application d'un ordre de commande) qui est représentative de cette position de braquage intermédiaire. Lorsque le booléen d'activation de la turbulence retombe à zéro, tous les ordres sont progressivement annulés, et le ou les spoilers 26 reviennent progressivement à une position neutre. Cet ordre permet de contrôler les variations de portance induites par le vent, c'est-à-dire : Da 1 = 0 En outre, lorsque l'aéronef est muni d'un système de pilotage automatique (non représenté), la réaction du système de pilotage automatique à une action conforme à l'invention d'atténuation des effets d'une turbulence, peut conduire, dans certains cas, à un déphasage par rapport au phénomène et donc à une dégradation des conditions de vol. Aussi, pour remédier à cet inconvénient, le dispositif 1 comprend des moyens (non représentés) pour limiter l'autorité dudit système de pilotage automatique, lorsque 'au moment où les conditions d'activation mettant en évi- dence une turbulence sévère sont remplies ledit système de pilotage automatique est engagé. Le dispositif 1 conforme à la présente invention permet donc d'atténuer, de façon optimale, l'amplitude du facteur de charge vertical engendré par une turbulence verticale, et ceci en tout point de l'aéronef. Il permet également de réduire d'éventuelles variations d'altitude. De plus, ce dispositif 1 conforme à l'invention présente l'avantage de pouvoir être implanté sur tout type d'aéronef (militaire, civil, commercial) qui est muni à la fois d'au moins un premier organe mobile 10 (spoi- ler, aileron, ...) de type quelconque ayant un effet sur la portance, et d'au moins un second organe mobile 14 (gouverne de profondeur) de type quelconque ayant un effet sur le tangage.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour atténuer sur un aéronef les effets d'au moins une turbulence verticale rencontrée par cet aéronef au cours d'un vol, procédé selon lequel l'on réalise au cours du vol, de façon automatique et itérative, la suite d'étapes successives suivante : a) on détermine une composante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef à une position courante dudit aéronef ; b) à l'aide de ladite composante verticale du vent, on calcule : - un premier ordre de commande pour au moins un premier organe mo- bile (10) commandable qui est susceptible d'agir sur la portance de l'aéronef, ledit premier ordre de commande étant tel qu'il permet de minimiser l'amplitude des facteurs de charge engendrés sur l'aéronef par la turbulence verticale ; et un second ordre de commande pour au moins un second organe mo- bile (14) commandable qui est susceptible d'agir sur le tangage de l'aéronef, ledit second ordre de commande étant destiné à compenser le moment de tangage engendré par la commande dudit premier organe mobile (10) ; d) on vérifie si des conditions d'activation mettant en évidence une turbu- lence sévère sont remplies ; et e) lorsque lesdites conditions d'activation sont remplies, on transmet : û ledit premier ordre de commande à au moins un actionneur (8) dudit premier organe mobile (10) commandable ; et - ledit second ordre de commande à au moins un actionneur (12) dudit second organe mobile (14) commandable, caractérisé en ce que l'on réalise, de plus, au cours du vol, de façon automatique et itérative, la suite d'étapes successives suivante : a) à l'aide de ladite composante verticale du vent, on détermine un écart type du vent ; (3) on compare cet écart type à une valeur de seuil prédéterminée, ladite valeur de seuil étant telle que, si ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, la fréquence du vent est inférieure à celle d'une oscillation de l'incidence de l'aéronef, due au vent ; y) on calcule, à l'aide de valeurs courantes de paramètres de vol, un second ordre de commande auxiliaire pour ledit second organe mobile (14) commandable qui est susceptible d'agir sur le tangage de l'aéronef, le-dit second ordre de commande auxiliaire étant destiné à agir indirecte-ment sur la portance au niveau du centre de gravité de l'aéronef de ma- nière à permettre d'augmenter l'autorité en facteur de charge ; et S) lorsque, d'une part, lesdites conditions d'activation sont remplies et, d'autre part, ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, on transmet ledit second ordre de commande à l'actionneur (12) dudit second organe mobile (14) de sorte que ledit second organe mo- bile (14) est alors soumis à un ordre de commande global correspondant à la somme dudit second ordre de commande et dudit second ordre de commande auxiliaire.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape a), on calcule l'écart type du vent 6(k) à l'aide des expressions suivantes : o(k) = amax(k)/3 max(k) = pA.l Wzo(k) l + (1û pA) . Wzo(k) -- Wzo(k û 2) / 2.Te dans lesquelles : û pA est une constante prédéterminée ; - k est un entier ; û Te est la période d'échantillonnage ; û Wzo(k) est la composante verticale du vent dans un repère géographique à un instant k.Te ; ù a(k) est l'écart type du vent à l'instant k.Te ; et ù amax(k) est le maximum du vent à l'instant k.Te.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'étape y), on calcule ledit second ordre de corn- mande auxiliaire 8gawd à l'aide de l'expression suivante : 8gawd = K. (s-mq) .awd 1 /m8q dans laquelle : ù K est une constante prédéterminée ; ù mq et m8q sont des coefficients prédéterminés ; et ù awdl est la dérivée de l'incidence de l'aéronef, induite par le vent.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape c) : cl) on traduit la composante verticale du vent, prise dans un repère lié à l'aéronef, en un angle d'incidence, et on détermine la composante dy- namique de cet angle d'incidence ; c2) on détermine une valeur de seuil courante qui dépend de la masse, de la vitesse courante et de l'altitude courante de l'aéronef ; et c3) on compare ladite composante dynamique de l'angle d'incidence à la- dite valeur de seuil courante, et on conclut que les conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies, lorsque ladite composante dynamique de l'angle d'incidence est supé- rieure à ladite valeur de seuil courante.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : ù ledit premier organe mobile (10) commandable est un spoiler (26) de l'aéronef ; ù on réalise un braquage initial dudit spolier (26) de manière à l'amener à une position de braquage intermédiaire ; et on applique ledit premier ordre de commande audit spoiler (26) par rapport à cette position de braquage intermédiaire.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour atténuer les effets d'une turbulence verticale sur un aéronef qui est muni d'un système de pilotage automatique, caractérisé en ce que, lorsque au moment où les conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies, le système de pilotage automatique est engagé, on limite l'autorité dudit système de pilotage automatique.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque les conditions d'activation qui étaient rem-plies précédemment ne le sont plus, on annule progressivement lesdits ordres de commande que l'on transmet auxdits actionneurs (8, 12).

8. Dispositif pour atténuer sur un aéronef les effets d'au moins une turbulence verticale rencontrée par cet aéronef au cours d'un vol, ledit dispositif (1) comportant : au moins un premier organe mobile (10) commandable qui est susceptible d'agir sur la portance de l'aéronef ; au moins un second organe mobile (14) commandable qui est suscepti- ble d'agir sur le tangage de l'aéronef ; des moyens (3) pour déterminer une composante verticale du vent existant à l'extérieur de l'aéronef à une position courante dudit aéronef ; des moyens (5) pour calculer automatiquement, à l'aide de ladite composante verticale du vent : • un premier ordre de commande pour ledit premier organe mobile (10) commandable, ledit premier ordre de commande étant tel qu'il permet de minimiser l'amplitude des facteurs de charge engendrés sur l'aéronef par la turbulence verticale ; et un second ordre de commande pour ledit second organe mobile (14) commandable, ledit second ordre de commande étant destiné à compenser le moment de tangage engendré par la commande dudit premier organe mobile (10) ; des moyens de vérification (16) pour vérifier si des conditions d'activation mettant en évidence une turbulence sévère sont remplies ; et des moyens de transmission (18) pour transmettre automatiquement lorsque lesdites conditions d'activation sont remplies : ledit premier ordre de commande à au moins un actionneur (8) dudit premier organe mobile (10) commandable ; et ledit second ordre de commande à au moins un actionneur (12) du-dit second organe mobile (14) commandable, caractérisé en ce que : il comporte, de plus : des moyens (21) pour déterminer, à l'aide de ladite composante verticale du vent, un écart type du vent ; des moyens (22) pour comparer cet écart type à une valeur de seuil prédéterminée, ladite valeur de seuil étant telle que, si ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, la fréquence du vent est inférieure à celle d'une oscillation de l'incidence de l'aéronef, due au vent ; et des moyens (23) pour calculer, à l'aide de valeurs courantes de paramètres de vol, un second ordre de commande auxiliaire pour le-dit second organe mobile (14) commandable, ledit second ordre de commande auxiliaire étant destiné à agir indirectement sur la portance au niveau du centre de gravité de l'aéronef de manière à per-mettre d'augmenter l'autorité en facteur de charge ; et lesdits moyens de transmission (18) transmettent automatiquement, lorsque, d'une part lesdites conditions d'activation sont remplies et, d'autre part, ledit écart type est supérieur ou égal à ladite valeur de seuil, ledit second ordre de commande à l'actionneur (12) dudit second organe mobile (14) de sorte que ledit second organe mobile (14) est alors soumis à un ordre de commande global correspondant à la somme dudit second ordre de commande et dudit second ordre de commande auxiliaire.

9. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) tel que celui spécifié sous la revendication 8.