FR3127047A1 - Système et procédé d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef. - Google Patents

Système et procédé d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef. Download PDF

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Abstract

- Système et procédé d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef. - Le système comporte un module de détermination (2) configuré pour déterminer au moins une grandeur représentative d’un effort exercé sur au moins une gouverne (7) de l’aéronef (AC), un module de calcul (4) configuré pour calculer au moins une vitesse de l’aéronef (AC) et un module transmission (5) configuré pour transmettre à un dispositif utilisateur (8) la ou les vitesses de l’aéronef calculées par le module de calcul (4). Le système permet d’estimer une vitesse de l’aéronef sans avoir à utiliser la pression totale. Figure pour l’abrégé : Fig.1

Description

Système et procédé d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef.
La présente invention concerne un système et un procédé d’estimation automatique et en temps réel d’au moins une vitesse d’un aéronef, en particulier d’un avion de transport.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Généralement, pour déterminer la vitesse d’un aéronef durant un vol, en particulier un nombre de Mach ou une vitesse conventionnelle ou vitesse corrigée de type VCAS(CAS pour « Calibrated Airspeed » en anglais), on effectue des mesures de la pression air totale à l’aide de sondes de Pitot et de la pression air statique à l’aide de capteurs dédiés. La vitesse est alors calculée à l’aide de formules usuelles utilisant ces mesures. Un tel calcul nécessite donc la mesure de la pression air totale. Aussi, si l’on souhaite s’affranchir de l’utilisation des capteurs (capteur de pression air totale ou sondes de Pitot) afin de gagner du poids, de diminuer les coûts associés et la complexité de la chaîne de traitement, cette solution usuelle n’est plus en mesure de déterminer la vitesse air de l’aéronef. De même, si l’on souhaite augmenter la disponibilité et la fiabilité des mesures usuelles de pression totale, par exemple pour augmenter l’autonomie de pilotage même en cas de défaillance de ces capteurs, il est souhaitable de disposer de mesures ou d’estimations dissimilaires.
La présente invention concerne donc un système pour estimer automatiquement au moins une vitesse d’un aéronef, sans utiliser la mesure de pression totale, lors d’un vol de l’aéronef.
La présente invention a pour objet un système d’estimation automatique de la vitesse d’un aéronef, en particulier un avion de transport, lors d’un vol de l’aéronef, sans utiliser la mesure de pression totale.
Selon l’invention, le système comporte :
- un module de détermination configuré pour déterminer au moins une grandeur représentative d’un effort exercé sur au moins une gouverne de l’aéronef ;
- un module de calcul configuré pour calculer au moins une vitesse de l’aéronef au moins à partir de la ou des grandeurs déterminées par le module de détermination ;
- un module transmission configuré pour transmettre à un dispositif utilisateur la ou les vitesses de l’aéronef calculées par le module de calcul.
Ainsi, grâce à la détermination de l’effort sur au moins une gouverne, il est possible d’estimer la vitesse de l’aéronef sans utiliser la pression totale. La vitesse estimée peut notamment être utilisée dans des lois de guidage de l'aéronef, par un calculateur de commandes de vol de l'aéronef.
Selon une particularité, la ou les grandeurs représentatives d’un effort correspondent chacune à une différence de pression mesurée entre deux chambres hydrauliques d’un actionneur destiné à générer le braquage d’une gouverne de l’aéronef.
En outre, le module de détermination comprend au moins un sous-module de collecte configuré pour collecter une différence de pression individuelle de l’actionneur ou de chaque actionneur, la différence de pression individuelle étant mesurée par un capteur de mesure de différence de pression de chaque actionneur.
Avantageusement, le module de détermination comprend un sous-module de filtrage configuré pour filtrer la ou les différences de pression individuelles collectées.
De plus, le module de détermination comprend un sous-module de détermination configuré pour déterminer une différence de pression globale en calculant une moyenne, ou bien une médiane, ou bien une moyenne pondérée des différences de pression individuelles.
Dans une première variante d’un premier mode de réalisation, la ou les vitesses de l’aéronef sont calculées par le module de calcul à l’aide de l’expression suivante :
,
dans laquelle :
- correspond à la ou les vitesses à déterminer,
- correspond à la différence de pression globale ou aux différences de pression individuelles déterminées par le module de détermination,
- correspond à un coefficient prédéterminé ;
le coefficient prédéterminé étant prédéterminé de manière empirique basée sur des jeux de données déterminés pour une pluralité de vols de l’aéronef.
Dans une deuxième variante du premier mode de réalisation, la ou les vitesses de l’aéronef sont calculées par le module de calcul à l’aide de l’expression suivante :
,
dans laquelle :
- correspond à la ou les vitesses à déterminer,
- correspond à la différence de pression globale ou aux différences de pression individuelles déterminées par le module de détermination ;
- correspond à un coefficient prédéterminé ;
le coefficient prédéterminé étant prédéterminé de manière empirique basée sur des jeux de données déterminés pour une pluralité de vols de l’aéronef.
Dans un deuxième mode de réalisation, la ou les vitesses de l’aéronef sont calculées par le module de calcul à partir d’un tableau d’interpolation de la vitesse en fonction de la différence de pression globale ou aux différences de pression individuelles, le tableau d’interpolation étant déterminé de manière empirique basée sur des jeux de données déterminés pour une pluralité de vols de l’aéronef.
Dans un troisième mode de réalisation, la ou les vitesses de l’aéronef sont calculées par le module de calcul à l’aide de la fonction polynomiale suivante :
,
dans laquelle :
- correspond à la ou les vitesses à déterminer,
- correspond à la différence de pression globale ou aux différences de pression individuelles déterminées par le module de détermination,
- correspond à des coefficients prédéterminés de la fonction polynomiale ;
les coefficients prédéterminés étant estimés par un algorithme d’ajustement basé sur des jeux de données déterminés pour une pluralité de vols de l’aéronef.
Dans un quatrième mode de réalisation, le système d’estimation comprend en outre un module de collecte configuré pour collecter une pluralité de paramètres de vol de l’aéronef,
la ou les vitesses de l’aéronef étant calculées par le module de calcul à partir de la différence de pression globale ou des différences de pression individuelles et de la pluralité des paramètres de vol à l’aide d’une fonction dans laquelle la ou les vitesses sont fonction de la ou des différences de pression, la fonction ayant l’expression suivante :
,
dans laquelle
- correspond à la ou les vitesses à déterminer,
- correspond à un vecteur de paramètres comprenant la différence de pression globale ou les différences de pression individuelles déterminées par le module de détermination et la pluralité des paramètres de vol mesurés par le module de mesure.
Dans un exemple non limitatif, le vecteur de paramètres présente la forme suivante :
,
dans laquelle :
- correspond à la différence de pression globale ou aux différences de pression individuelles déterminées par le module de détermination,
- correspond à une pression statique de l’air,
- correspond à un angle d’incidence de l’aéronef,
- correspond à une configuration aérodynamique de becs et de volets de l’aéronef,
- correspond à un angle de roulis de l’aéronef,
- correspond à un angle de déflection d’une gouverne ou d’une position d’une tige de l’actionneur relié à la gouverne de l’aéronef.
Dans une première variante du quatrième mode de réalisation, la ou les vitesses sont calculées à partir d’un modèle de régression linéaire dans lequel la ou les vitesses correspondent à une variable expliquée du modèle de régression linéaire et dans laquelle la différence de pression globale ou les différences de pression individuelles et la pluralité des paramètres de vol correspondent à des variables explicatives du modèle de régression linéaire.
Dans une deuxième variante du quatrième mode de réalisation, la ou les vitesses sont calculées à partir d’un réseau de neurones dans lequel la ou les vitesses à calculer correspondent à une couche de sortie du réseau de neurones et dans lequel la différence de pression globale ou les différences de pression individuelles et de la pluralité des paramètres de vol correspondent à une couche d’entrée du réseau de neurones, le réseau de neurones comportant des coefficients synaptiques fixes qui sont déterminés hors ligne.
L’invention concerne également un procédé d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef.
Selon l’invention, le procédé comporte au moins les étapes suivantes :
- une étape de détermination, mise en œuvre par un module de détermination, consistant à déterminer au moins une grandeur représentative d’un effort exercé sur au moins une gouverne de l’aéronef ;
- une étape de calcul, mise en œuvre par un module de calcul, consistant à calculer au moins une vitesse de l’aéronef au moins à partir de la ou des grandeurs déterminées par le module de détermination ;
- une étape de transmission, mise en œuvre par un module transmission, consistant à transmettre à un dispositif utilisateur la ou les vitesses de l’aéronef calculées dans l’étape de calcul.
L’invention concerne également un aéronef, en particulier un avion de transport, comportant un système d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef tel que spécifié ci-dessus.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La représente schématiquement un mode de réalisation du système d’estimation.
La représente schématiquement une coupe transversale d’un actionneur et d’une gouverne qui est braquée par l’actionneur.
La représente schématiquement une configuration d’un réseau de neurone mis en œuvre par le système d’estimation dans le quatrième mode de réalisation.
La figure 4 représente un graphique comportant une courbe en trait épais correspondant à la vitesse réelle de l’aéronef AC et une courbe en trait fin correspondant à la vitesse estimée de l’aéronef AC dans la première variante du premier mode de réalisation.
La figure 5 représente un graphique comportant une courbe en trait épais correspondant à la vitesse réelle de l’aéronef AC et une courbe en trait fin correspondant à la vitesse estimée de l’aéronef AC lorsque le filtrage de la différence de pression est réalisé dans la première variante du premier mode de réalisation.
La figure 6 représente un graphique comportant une courbe en trait épais correspondant à la vitesse réelle de l’aéronef AC et une courbe en trait fin correspondant à la vitesse estimée de l’aéronef AC selon la deuxième variante du premier mode de réalisation.
La figure 7 représente un graphique comportant une courbe en trait épais correspondant à la vitesse réelle de l’aéronef AC et une courbe en trait fin correspondant à la vitesse estimée de l’aéronef AC selon le deuxième mode de réalisation.
La figure 8 représente un graphique comportant une courbe en trait épais correspondant à la vitesse réelle de l’aéronef AC et une courbe en trait fin correspondant à la vitesse estimée de l’aéronef AC selon le troisième mode de réalisation.
La figure 9 représente un graphique comportant une courbe en trait épais correspondant à la vitesse réelle de l’aéronef AC et une courbe en trait fin correspondant à la vitesse estimée de l’aéronef AC selon la deuxième variante du quatrième mode de réalisation.
La représente schématiquement le procédé d’estimation.
La représente schématiquement un aéronef embarquant un système estimation appliqué aux ailerons de l’aéronef.

Claims (15)

  1. Système d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef,
    caractérisé en ce qu’il comporte :
    • un module de détermination (2) configuré pour déterminer au moins une grandeur représentative d’un effort exercé sur au moins une gouverne (7) de l’aéronef (AC) ;
    • un module de calcul (4) configuré pour calculer au moins une vitesse ( ) de l’aéronef (AC) au moins à partir de la ou des grandeurs déterminées par le module de détermination (2) ;
    • un module transmission (5) configuré pour transmettre à un dispositif utilisateur (8) la ou les vitesses ( ) de l’aéronef calculées par le module de calcul (4).
  2. Système selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que la ou les grandeurs représentatives d’un effort correspondent chacune à une différence de pression ( , , ) mesurée entre deux chambres hydrauliques (61, 62) d’un actionneur (6) destiné à générer le braquage d’une gouverne (7) de l’aéronef (AC).
  3. Système selon la revendication 2,
    caractérisé en ce que le module de détermination (2) comprend au moins un sous-module de collecte (21) configuré pour collecter une différence de pression individuelle ( , , ) de l’actionneur (6) ou de chaque actionneur (6), la différence de pression individuelle ( , , ) étant mesurée par un capteur de mesure de différence de pression (C1, C2, C3) de chaque actionneur (6).
  4. Système selon l’une quelconque des revendications 2 et 3,
    caractérisé en ce que le module de détermination (2) comprend un sous-module de filtrage (22) configuré pour filtrer la ou les différences de pression individuelles ( , , ) collectées.
  5. Système selon l’une quelconque des revendications 3 et 4,
    caractérisé en ce que le module de détermination (2) comprend en outre un sous-module de détermination (23) configuré pour déterminer une différence de pression globale ( ) en calculant une moyenne, ou bien une médiane, ou bien une moyenne pondérée des différences de pression individuelles ( , , ).
  6. Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 5,
    caractérisé en ce que la ou les vitesses de l’aéronef sont calculées par le module de calcul (4) à l’aide de l’expression suivante :
    ,
    dans laquelle :
    • correspond à la ou les vitesses à déterminer,
    • correspond à la différence de pression globale ( ) ou aux différences de pression individuelles ( , , ) déterminées par le module de détermination (2),
    • correspond à un coefficient prédéterminé ;
    le coefficient prédéterminé ( ) étant prédéterminé de manière empirique basée sur des jeux de données déterminés pour une pluralité de vols de l’aéronef (AC).
  7. Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 5,
    caractérisé en ce que la ou les vitesses de l’aéronef sont calculées par le module de calcul (4) à l’aide de l’expression suivante :
    ,
    dans laquelle :
    • correspond à la ou les vitesses à déterminer,
    • correspond à la différence de pression globale ( ) ou aux différences de pression individuelles ( , , ) déterminées par le module de détermination (2) ;
    • correspond à un coefficient prédéterminé ;
    le coefficient prédéterminé ( ) étant prédéterminé de manière empirique basée sur des jeux de données déterminés pour une pluralité de vols de l’aéronef (AC).
  8. Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 5,
    caractérisé en ce que la ou les vitesses ( ) de l’aéronef sont calculées par le module de calcul (4) à partir d’un tableau d’interpolation de la vitesse ( ) en fonction de la différence de pression globale ( ) ou aux différences de pression individuelles ( , , ), le tableau d’interpolation étant déterminé de manière empirique basée sur des jeux de données déterminés pour une pluralité de vols de l’aéronef (AC).
  9. Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 5,
    caractérisé en ce que la ou les vitesses ( ) de l’aéronef sont calculées par le module de calcul (4) à l’aide de la fonction polynomiale suivante :
    ,
    dans laquelle :
    • correspond à la ou les vitesses à déterminer,
    • correspond à la différence de pression globale ( ) ou aux différences de pression individuelles ( , , ) déterminées par le module de détermination (2),
    • correspond à des coefficients prédéterminés de la fonction polynomiale ;
    les coefficients prédéterminés étant estimés par un algorithme d’ajustement basé sur des jeux de données déterminés pour une pluralité de vols de l’aéronef (AC).
  10. Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 5,
    caractérisé en ce qu’il comprend en outre un module de collecte (3) configuré pour collecter une pluralité de paramètres de vol de l’aéronef (AC),
    la ou les vitesses de l’aéronef étant calculées par le module de calcul (4) à partir de la différence de pression globale ( ) ou des différences de pression individuelles ( , , ) et de la pluralité des paramètres de vol à l’aide d’une fonction dans laquelle la ou les vitesses ( ) sont fonction de la ou des différences de pression ( ), la fonction ayant l’expression suivante :
    ,
    dans laquelle
    • correspond à la ou les vitesses à déterminer,
    • correspond à un vecteur de paramètres comprenant la différence de pression globale ( ) ou les différences de pression individuelles ( , , ) déterminées par le module de détermination (2) et la pluralité des paramètres de vol mesurés par le module de mesure (3).
  11. Système selon la revendication 10,
    caractérisé en ce que le vecteur de paramètres ( ) présente la forme suivante :
    ,
    dans laquelle :
    • correspond à la différence de pression globale ( ) ou aux différences de pression individuelles ( , , ) déterminées par le module de détermination (2),
    • correspond à une pression statique de l’air,
    • correspond à un angle d’incidence de l’aéronef (AC),
    • correspond à une configuration aérodynamique de becs et de volets de l’aéronef (AC),
    • correspond à un angle de roulis de l’aéronef (AC),
    • correspond à un angle de déflection d’une gouverne ou d’une position d’une tige de l’actionneur relié à la gouverne de l’aéronef (AC).
  12. Système selon l’une quelconque des revendications 10 et 11,
    caractérisé en ce que la ou les vitesses ( ) sont calculées à partir d’un modèle de régression linéaire dans lequel la ou les vitesses ( ) correspondent à une variable expliquée du modèle de régression linéaire et dans laquelle la différence de pression globale ( ) ou les différences de pression individuelles ( , , ) et la pluralité des paramètres de vol correspondent à des variables explicatives du modèle de régression linéaire.
  13. Système selon l’une quelconque des revendications 10 et 11,
    caractérisé en ce que la ou les vitesses ( ) sont calculées à partir d’un réseau de neurones dans lequel la ou les vitesses ( ) à calculer correspondent à une couche de sortie du réseau de neurones et dans lequel la différence de pression globale ( ) ou les différences de pression individuelles ( , , ) et la pluralité des paramètres de vol correspondent à une couche d’entrée du réseau de neurones, le réseau de neurones comportant des coefficients synaptiques fixes qui sont déterminés hors ligne.
  14. Procédé d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef,
    caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes :
    • une étape (E1) de détermination, mise en œuvre par un module de détermination (2), consistant à déterminer au moins une grandeur représentative d’un effort exercé sur au moins une gouverne (7) de l’aéronef (AC) ;
    • une étape (E3) de calcul, mise en œuvre par un module de calcul (4), consistant à calculer au moins une vitesse ( ) de l’aéronef (AC) au moins à partir de la ou des grandeurs déterminées par le module de détermination (2) ;
    • une étape (E4) de transmission, mise en œuvre par un module transmission (5), consistant à transmettre à un dispositif utilisateur la ou les vitesses ( ) de l’aéronef calculées dans l’étape (E3) de calcul.
  15. Aéronef,
    caractérisé en ce qu’il comporte un système d’estimation automatique d’une vitesse d’un aéronef lors d’un vol de l’aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.
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