1 La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour réaliser
un contrôle actif du roulis d'un avion, en particulier d'un avion de transport. On sait que la dynamique en roulis d'un avion est sensible à des perturbations extérieures (vent, effet de sol, ...), à ses caractéristiques propres (masse, centrage, configuration aérodynamique, délestage des trains d'atterrissage, basculement des bogies, caractéristiques des amortisseurs des trains d'atterrissage, voie et empattement des trains principaux, ...), ainsi qu'à une panne moteur. La charge de travail du pilote est ainsi accrue pour obtenir un pilotage précis de manière à tenir, lors de la course au décollage (jusqu'au délestage des trains principaux) et à l'atterrissage (à partir de l'impact des trains principaux), les ailes le plus à plat possible. La présente invention a notamment pour objet de contrôler et sta- biliser l'assiette latérale d'un avion au sol, dans toute sa plage de vitesse. On sait que, sur un avion possédant une stabilité en roulis assez faible, en général en raison de trains d'atterrissage relativement peu écartés (par rapport à l'envergure de l'avion), une commande directe en roulis (à l'aide d'un manche de commande usuel) ne permet pas au pilote die l'avion de stabiliser aisément son assiette latérale. En raison des conséquences potentiellement critiques d'une prise d'assiette latérale (toucher du moteur au sol, sortie de piste, ...), le pilote a alors tendance à surpiloter, ce qui, sur un avion à faible stabilité, peut très vite engendrer un couplage divergent qui est à proscrire.
La présente invention concerne un procédé de contrôle actif du roulis d'un avion, qui permet de remédier aux inconvénients précités.
2909463 2 A cet effet, selon l'invention, ledit procédé est remarquable en ce que : a) on engendre un objectif de roulis qui est exprimé sous forme d'un pa- ramètre de roulis lié au roulis et qui doit être appliqué à l'avion. Avanta- 5 geusement, ledit objectif de roulis est exprimé en angle de roulis ou en taux de roulis ; b) on détermine les valeurs effectives de paramètres de l'avion, précisés ci-dessous ; c) à partir dudit objectif de roulis et desdites valeurs effectives, on calcule un ordre de braquage 8p ; et d) on applique ledit ordre de braquage 8p exclusivement à des gouvernes de l'avion, qui sont efficientes sur l'axe de roulis (ailerons, spoilers, ...), de manière à contrôler le roulis. La présente invention peut être appliquée lors de différentes situa- 15 tions de l'avion, et notamment : ù lors d'un arrondi pendant un atterrissage ; ou - lors d'une course suite à un atterrissage. Toutefois, dans une application préférée, ledit procédé est utilisé lors d'une course et d'une rotation en vue d'un décollage dans le but de 20 contrôler l'inclinaison latérale de l'avion lors de cette course de telle manière que cette manoeuvre puisse être réalisée avec les ailes de l'avion à plat. Le procédé conforme à la présente invention peut être appliqué aussi bien à un mode de guidage manuel qu'à un mode de guidage auto- 25 matique (mis en oeuvre par un moyen de commande automatique). De préférence, à l'étape d), l'ordre de braquage 8p est appliqué exclusivement à des ailerons de l'avion. Ainsi, pour réaliser le contrôle du roulis, on n'agit pas sur d'autres éléments de commande tels que des spoilers notamment, afin de ne pas augmenter la traînée. Une augmenta- 2909463 3 tion de la traînée aurait en effet pour conséquence de dégrader les performances de l'avion, et en particulier d'augmenter la distance de décollage lors d'une phase de décollage. Avantageusement, à l'étape a), ledit objectif de roulis est engendré 5 par un moyen de commande automatique de l'avion et/ou par un système de manche comportant un manche de commande de roulis (qui est susceptible d'être actionné par un pilote de l'avion). Dans un premier mode de réalisation, à l'étape c) précitée, on réalise les opérations suivantes : 10 c1) on calcule, à partir dudit objectif de roulis, un ordre d'accélération en roulis ; et c2) on calcule ledit ordre de braquage 8p, à l'aide des expressions suivantes : '8p=(P1ùF+ARMI)/G F = p.V2.S..e.Ce / 2.I G = p.V2.S..e (aC.e / a8p) / 2.I ARMI = K.(ùPeff + f (F + G.Bpeff ù ARMI).dt) 15 dans lesquelles : P1 représente ledit ordre d'accélération en roulis ; p est la masse volumique de l'air ; V est la vitesse de l'avion ; S est une surface de référence de l'avion ; 20 est une longueur de référence de l'avion ; CÊ représente un coefficient de roulis ; ù I représente l'inertie en roulis de l'avion ; ù aC.e/08p représente un coefficient d'efficacité ; 2909463 4 - K représente un coefficient prédéterminé ; - Peff représente la valeur effective du taux de roulis ; - f illustre une fonction d'intégration ; et ù Speff est l'angle de braquage effectif desdits ailerons de l'avion.
5 Dans ce cas, avantageusement : - on mesure la valeur effective Peff dudit taux de roulis ; et - à l'étape c1), on calcule ledit ordre d'accélération en roulis P1 à l'aide de l'expression suivante : P1 =w.(PO-Peff) 10 dans laquelle : • PO représente ledit objectif de roulis ; et • w représente une pulsation réglable. On notera que le contrôle par objectif du roulis d'un avion, mis en oeuvre par le procédé conforme à l'invention, permet au pilote (aussi bien 15 humain qu'automatique) de contrôler de manière robuste et répétitive la dynamique en roulis de l'avion lors de la course au décollage, ainsi qu'à l'atterrissage. En ce qui concerne le pilote (humain ou automatique), on facilite grandement le maintien des ailes à plat lors de ces phases critiques du vol. Cette solution n'utilise pas les spoilers et évite donc de dégrader 20 les performances de décollage. Par ailleurs, dans un mode de réalisation préféré,, on détermine le-dit coefficient de roulis Ce et/ou ledit coefficient d'efficacité âC.e/ô&e à l'aide d'un réseau neuronal. On sait qu'un réseau neuronal précisé ci-dessous est un système d'intelligence artificielle, dont la structure et le 25 fonctionnement tentent d'imiter le cerveau humain, plus particulièrement son réseau de neurones. Ainsi, grâce à ce mode de réalisation préféré, on est en mesure d'obtenir des coefficients Ce et aCe/88e particulièrement précis.
2909463 5 Par ailleurs, dans un second mode de réalisation, à l'étape c) précitée, on calcule ledit ordre de braquage 8p à l'aide de l'expression sui-vante : 8p = Ka. J(q corn û (peff).dt + Kb.cpeff + Kc.Peff 5 dans laquelle : Ka, Kb et Kc sont des coefficients prédéterminés ; J illustre une fonction d'intégration ; (peff est la valeur effective de l'assiette latérale de l'avion ; Peff est la valeur effective du taux de roulis de l'avion ; et 1 o cpcom est une valeur commandée de l'assiette latérale, qui est détermi-née à l'aide dudit paramètre de roulis. De préférence, ladite valeur effective cpeff de l'assiette latérale est limitée par des valeurs de seuil prédéterminées, en particulier pour ne pas sortir de gouvernes sans raison sur une piste bombée.
15 Dans un mode de réalisation particulier, on calcule de plus un ordre de braquage direct que l'on applique à la fois auxdits ailerons et à des spoilers de l'avion. Toutefois, les spoilers sont uniquernent utilisés dans des cas extrêmes et en pilotage manuel. La présente invention concerne également un dispositif pour réali- 20 ser un contrôle actif du roulis d'un avion, en particulier d'un avion de transport. Selon l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte : û des moyens pour engendrer un objectif de roulis qui est exprimé sous 25 forme d'un paramètre de roulis lié au roulis et qui doit être appliqué à l'avion ; - des moyens pour mesurer les valeurs effectives de paramètres (vitesse, taux de roulis, angles de braquage, ...) de l'avion ; 2909463 6 des moyens de calcul pour calculer, à partir dudit objectif de roulis et desdites valeurs effectives, un ordre de braquage ; et des moyens d'actionnement de gouvernes de l'avion qui sont efficientes sur l'axe de roulis, de préférence des ailerons, auxquels est transmis 5 ledit ordre de braquage 8p qui est appliqué exclusivement auxdits gouvernes dans le but de contrôler le roulis de l'avion. Dans un premier mode de réalisation, lesdits moyens de calcul comportent : des moyens pour calculer, à partir dudit objectif de roulis, un ordre 10 d'accélération en roulis ; et des moyens pour calculer ledit ordre de braquage 8p, à l'aide des expressions suivantes : 8p = (P1ù F + ARMI) / G F = p.V2.S.re.C.? / 2.I G = /a8p)/2.I ARMI = K.(ùPeff + f (F + G.Bpeff ù ARMI).dt) dans lesquelles : 15 ^ P1 représente ledit ordre d'accélération en roulis ; • p est la masse volumique de l'air ; • V est la vitesse de l'avion ; • S est une surface de référence de l'avion ; ^ . est une longueur de référence de l'avion ; 20 • Ce représente un coefficient de roulis ; I représente l'inertie en roulis de l'avion ; aCe/8 p représente un coefficient d'efficacité ; K représente un coefficient prédéterminé ; 2909463 7 • Peff représente le taux de roulis effectif ; • J illustre une fonction d'intégration ; et • Speff est l'angle de braquage effectif d'ailerons de l'avion. En outre, dans un second mode de réalisation, lesdits moyens de 5 calcul sont formés de manière à calculer ledit ordre de braquage Sp à l'aide de l'expression suivante : Sp = Ka. J(cpcom û (peff).dt + Kb.cpeff + Kc.Peff dans laquelle : Ka, Kb et Kc sont des coefficients prédéterminés ; 10 f illustre une fonction d'intégration ; cpeff est la valeur effective de l'assiette latérale de l'avion ; Peff est la valeur effective du taux de roulis de l'avion ; et cpcom est une valeur commandée de l'assiette latérale, qui est déterminée à l'aide dudit paramètre de roulis.
15 L'unique figure du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Cette figure unique est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique-ment sur la figure est destiné à réaliser un contrôle actif du roulis d'un 20 avion, en particulier d'un avion de transport. Selon l'invention, ledit dispositif 1 qui est embarqué sur l'avion, comporte : des moyens 2 pour engendrer un objectif de roulis quii est exprimé sous forme d'un paramètre de roulis (lié au roulis) et qui doit être appliqué à 25 l'avion. Cet objectif de roulis est exprimé soit en terme d'angle de rou- lis, soit en terme de taux de roulis (angle de roulis par seconde) ; 2909463 8 û un ensemble 3 de sources d'informations précisées ci-dessous, qui me-surent en particulier les valeurs effectives de différents paramètres de l'avion ; des moyens 6 précisés ci-dessous, qui sont reliés auxdits moyens 2 et 5 audit ensemble 3 et qui sont formés de manière à calculer, à partir dudit objectif de roulis et desdites valeurs effectives, un ordre de braquage 8p ; et ù des moyens d'actionnement 10 de gouvernes efficientes sur l'axe de roulis, de préférence des ailerons 11 usuels de l'avion. Ces moyens 10 d'actionnement 10 sont formés de manière à imposer auxdites gouvernes (ailerons Il), comme illustré par une liaison 12 en traits mixtes, une position de braquage particulière. Dans l'exemple et dans la situation de la figure, les ailerons 1 1 présentent un angle de braquage effectif 8peff. Selon l'invention, l'ordre de braquage Sp déterminé par les 15 moyens 6 est transmis auxdits moyens d'actionnement 1C) par l'intermédiaire d'une liaison 13 de sorte que ces moyens d'actionnement 10 appliquent cet ordre de braquage 8p auxdites gouvernes efficientes sur l'axe de roulis (de préférence auxdits ailerons Il), et exclusivement à ces dernières.
20 La présente invention peut être appliquée lors de différentes situa- tions de l'avion, et notamment : ù lors d'un arrondi pendant un atterrissage ; ou ù lors d'une course suite à un atterrissage. Toutefois, dans une application préférée, ledit dispositif 1 est utilisé lors d'une course de l'avion sur une piste en vue d'un décollage, dans le but de contrôler l'inclinaison latérale de l'avion lors de cette course. Le contrôle du roulis est alors tel que cette manoeuvre est réalisée avec les ailes de l'avion à plat. Plus précisément, on cherche à maintenir l'inclinai-son latérale proche de zéro pendant la rotation.
2909463 9 Le dispositif 1 conforme à la invention peut être appliqué aussi bien à un mode de guidage manuel qu'à un mode de guidage automatique (mis en oeuvre par un moyen de commande automatique usuel). Selon l'invention, l'ordre de braquage Sp est appliqué, de préfé-5 rence, exclusivement aux ailerons 11 de l'avion. Ainsi, pour réaliser le contrôle actif du roulis, le dispositif 1 n'agit pas sur d'autres éléments de commande aérodynamique tels que des spoilers notamment, et ceci afin de ne pas augmenter la traînée. Une augmentation de la traînée aurait en effet pour conséquence de dégrader les performances de l'avion, et en 10 particulier d'augmenter la distance de décollage lors d'une phase de dé-collage. Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens 2 comportent : û un système de manche 14 qui comporte au moins un manche de corn- 15 mande 15 du roulis, susceptible d'être actionné de façon usuelle par un pilote de l'avion. L'amplitude d'actionnement dudit manche de commande 15 est convertie par ce système de manche 14 en une valeur d'angle de roulis ou de taux de roulis qui correspond à l'objectif de roulis précité ; 20 un moyen de commande automatique 16 qui détermine automatique- ment, de façon usuelle, un objectif de roulis ; et û des moyens de commutation 17 qui sont reliés par l'intermédiaire de liaisons 18 et 19 respectivement audit système de manche 14 et audit moyen de commande automatique 16 et qui relient les moyens 4 de fa- 25 çon usuelle en fonction de paramètres particuliers, soit audit système de manche 14, soit audit moyen de commande automatique 16. Dans un premier mode de réalisation, lesdits moyens 6 compor- tent, comme représenté sur la figure : 2909463 10 des moyens 4 qui sont reliés par l'intermédiaire de liaisons 5 et 9A respectivement auxdits moyens 2 et audit ensemble 3 et qui sont formés de manière à calculer, à partir de l'objectif de roulis reçu desdits moyens 2 et de valeurs précisées ci-dessous reçues dudit ensemble 3, 5 un ordre d'accélération en roulis P1 ; et des moyens 7 qui sont reliés par l'intermédiaire de liaisons 8 et 9B respectivement auxdits moyens 4 et audit ensemble 3 et qui sont formés de manière à calculer ledit ordre de braquage 8p. Dans ce premier mode de réalisation, lesdits moyens 7 sont for- 10 més de manière à calculer ledit ordre de braquage 8p à l'aide des expressions suivantes : (8p=(P1ûF+ARMI) /G F = p.V2.S.e.C.e / 2.I G = p.V2.S.e (0Ce l 38p) / 2.I ARMI = K.(ùPeff + J(F + G.Bpeff ù ARMI).dt) dans lesquelles : P1 représente ledit ordre d'accélération en roulis, reçu desdits moyens 15 4; p est la masse volumique de l'air, qui est connue ; V est la vitesse de l'avion, qui est mesurée sur l'avion ; S est une surface de référence de l'avion, qui est connue pour l'avion considéré ; 20 est une longueur de référence de l'avion, qui représente la corde aérodynamique moyenne et qui est connue pour l'avion considéré ; Ce représente un coefficient de roulis, qui est calculé de la manière précisée ci-dessous ; 2909463 11 ù I représente l'inertie en roulis de l'avion ; ù aCP/a8p représente un coefficient d'efficacité, qui est calculé de la manière précisée ci-dessous ; - K représente un coefficient prédéterminé ; 5 ù Peff représente le taux de roulis effectif, qui est mesuré sur l'avion ; - f illustre une fonction d'intégration ; et ù 8peff est l'angle de braquage effectif desdits ailerons Il, qui est mesuré sur l'avion. Les valeurs V, Peff et 8peff sont mesurées à l'aide de moyens 10 usuels faisant partie dudit ensemble 3 de sources d'informations. En particulier, V et 8peff peuvent être mesurées par des capteurs appropriés et Peff peut être déterminée par une centrale inertielle. Dans un mode de réalisation particulier : ledit ensemble 3 de sources d'informations comporte des moyens (en 15 particulier une centrale inertielle) susceptibles de mesurer sur l'avion la valeur effective Peff dudit taux de roulis ; et lesdits moyens 4 calculent ledit ordre d'accélération en roulis P1, à l'aide de l'expression suivante : P1 =w.(PO-Peff) 20 dans laquelle : • PO représente ledit objectif de roulis reçu desdits rnoyens 2 ; et • w représente une pulsation réglable. Par ailleurs, dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens 7 déterminent ledit coefficient de roulis C.e et ledit coefficient d'efficacité 25 aCta8p à l'aide à chaque fois d'un réseau neuronal. Le principe du réseau neuronal utilise peut être généralisé par : /i=ne Vj,1SjSns, Eu 2909463 12 Les réseaux neuronaux utilisés sont des réseaux à couche simple. La fonction d'activation c(x) vérifie, de préférence, la relation suivante : cD(x) = 1 /(1+lx') dans laquelle x représente l'entrée de la fonction d'activation.
5 Un tel réseau neuronal est notamment décrit dans un document intitulé "Neural Networks ù Contribution to Modeling for Flight Control" et publié à l'occasion du Congrès "World Aviation Congress" qui s'est tenu à Reno (Etats-Unis) en 2004. Ainsi, grâce à l'utilisation de réseaux neuronaux, on est en mesure 10 d'obtenir des coefficients C et ôCe/aâp particulièrement précis, ce qui permet d'augmenter l'efficacité du dispositif 1 de contrôle du roulis. Par ailleurs, dans un second mode de réalisation, lesdits moyens 6 sont formés de manière à calculer ledit ordre de braquage Sp à l'aide de l'expression suivante : 15 Sp = Ka. f (cpcom ù (peff).dt + Kb.cpeff + Kc.Peff dans laquelle : Ka, Kb et Kc sont des coefficients prédéterminés ; f illustre une fonction d'intégration ; cpeff est la valeur effective de l'assiette latérale de l'avion ; 20 Peff est la valeur effective du taux de roulis de l'avion ; et cpcom est une valeur commandée de l'assiette latérale. Cette valeur cpcom est déterminée à partir du taux de roulis reçu desdits moyens 2, en utilisant une fonction usuelle qui est paramétrable, mais pas forcé-ment linéaire.
25 Les valeurs cpeff et Peff sont mesurés à l'aide de moyens usuels faisant partie dudit ensemble 3 de sources d'informations. [)e plus, on peut prévoir un seuil pour la valeur cpeff (par exemple 0,50), afin notamment de ne pas sortir de gouvernes sans raison sur une piste bombée.
2909463 13 En outre, les coefficients ou gains Ka, Kb et Kc sont paramétrables, mais pas forcément linéaires. Ces gains sont choisis de manière à fixer la dynamique de la réponse (fréquence, amortissement, temps de réponse).
5 Dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif 1 peut cal-culer, de plus, un ordre de braquage direct qui vérifie la relation Kd.cpcom, Kd étant un coefficient prédéterminé. Cet ordre de braquage direct est appliqué à la fois auxdits ailerons 11 et à des spoilers non représentés de l'avion. Toutefois, ce mode de réalisation particulier est uniquement mis 10 en oeuvre dans des cas extrêmes et en pilotage manuel. Le second mode de réalisation précité permet donc au pilote de commander un angle de roulis, dans une certaine plage de débattement du manche de commande 15. Cet angle est limité par des valeurs admissibles au sol, et sa valeur est garantie par un intégrateur entre l'angle commandé 15 cpcom et l'angle effectif cpeff. Au-delà de cette plage de débattement du manche de commande 15, la commande fortement non-linéaire permet au pilote d'atteindre si besoin les butées gouvernes, quelle que soit la valeur de l'assiette latérale.