WO2009074744A2 - Procede et dispositif d'obtention d'une vitesse verticale predictive d'un giravion - Google Patents

Procede et dispositif d'obtention d'une vitesse verticale predictive d'un giravion Download PDF

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    • G01P3/62—Devices characterised by the determination or the variation of atmospheric pressure with height to measure the vertical components of speed
    • G—PHYSICS
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    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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    • G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid

Definitions

  • the present invention relates to a method for obtaining a predictive vertical speed of an aircraft, in particular a rotorcraft.
  • the invention also covers a predictive variometer device implementing said method.
  • the pilot uses a plurality of instruments and in particular a variometer.
  • This instrument determines the instantaneous vertical speed (vertical rate of climb or descent) of the rotorcraft and serves as an indicator to the pilot.
  • a variometer consists for example of a manometric capsule connected to a thermally insulated tank, the assembly being put in relation with the free air (ambient atmosphere) via a calibrated capillary tube.
  • the variometer is controlled by the pressure difference between the free air (atmospheric pressure or static pressure inside the variometer but outside the capsule) and that in the capsule via the connection made by the capillary tube serving air intake of determined caliber.
  • the capillary tube must be calibrated so that the deformations of the capsule indicate the pressure difference between the local pressure at a given instant and the local pressure at the instant immediately preceding.
  • the capillary tube must be sufficiently fine so that during the rise or fall, the static pressure (ambient atmosphere) becomes sufficiently different from the pressure inside the capsule.
  • the capillary tube induces a certain delay in establishing the atmospheric pressure in the capsule-reservoir assembly.
  • V A also called "aerodynamic speed”. This is measured and given by an anemometer.
  • This instrument is a differential pressure gauge that measures a difference between the static pressure and the total pressure of the air flow at the corresponding pressure taps.
  • the static pressure (ambient pressure at the static pressure point) is independent of the speed relative to the air of the aircraft.
  • the total pressure (or "real stop pressure") is obtained from a total pressure tap of the air flow.
  • the anemometer also includes an aneroid capsule which is deformed more or less depending on the magnitude of the difference between the total pressure and the static pressure.
  • the static and total pressure taps are grouped on a single sensor called anemometric probe.
  • This anemometric probe is substantially profiled and cylindrical, with a generally hemispherical front part.
  • the airspeed sensor is arranged on the aircraft so that on the one hand the total pressure tap is located at the extreme upstream end of the cylindrical body, and on the other hand, the static pressure tap is radial and behind the tap total pressure.
  • static pressure is normally arranged along the fuselage while the total pressure is located upstream of a longer or shorter boom.
  • said difference is equal to a dynamic pressure (proportional to the square of the speed of the aircraft relative to the flow of the rotorcraft). from which the indicated speed of the aircraft is deducted.
  • the indicated speed differs from the speed equivalent due to instrumental errors.
  • the indicated speed must be corrected taking into account the calibration of the airspeed system to correspond to the corrected speed VC or conventional speed, similar but different from the equivalent speed.
  • first and second speed regimes are defined.
  • the flight speed between these two speed regimes is called the minimum power speed and is for example about 65 knots. It corresponds to a power required for level flight called minimum power. This is a minimum of the power curve required for level flight of a rotorcraft as a function of its speed of travel. This necessary power is the sum of:
  • the induced power related to the lift that must be produced, and equal to the product of the so-called "induced" speed and the lift: this power decreases as a function of the speed of advance of the rotorcraft,
  • the profile power due to the profile drag of the main rotor blades which is variable according to the blade profiles: it increases as a function of the speed of travel,
  • the fuselage power due to the drag of the fuselage increases rapidly according to the speed, substantially like this speed at the power of three,
  • the first speed regime applies when the Conventional speed VC of the rotorcraft is greater than the speed V ⁇ of minimum power. It is characterized by an increase in power with speed relative to air and corresponds to stabilized flights.
  • the second speed regime applies below this minimum power speed. It is characterized by flight instability of rotorcraft. In this second speed regime, the conventional speed is low and the power increases when the speed of the rotorcraft decreases. Anemometric measurements are then less and less reliable when the speed of advancement of the rotorcraft decreases. In addition, the measured instantaneous vertical speed is approximate as seen previously because of the delay related to the inertia of a variometer.
  • the pedigree is a natural phenomenon of air movement to a higher altitude.
  • the variometer indicates a positive vertical speed in a very first time.
  • the longitudinal attitude of the fuselage increases and the rotorcraft tends to rise.
  • the total energy of the rotorcraft is the sum of its kinetic energy and its potential energy. As the power is kept constant, the potential energy increases, the kinetic energy decreases so that the rotorcraft slows down.
  • the pilot does not realize the loss of speed of the rotorcraft because he believes enjoy the natural phenomenon of descent.
  • the pilot can not remedy this loss of speed by increasing the power of the rotorcraft.
  • the pilot when flying without visibility, the pilot must have full confidence in the information provided by the instruments at his disposal on the dashboard, including the vertical speed of the rotorcraft. If an emergency situation arises, the pilot may react with haste. This precipitated reaction can be further accentuated because of the late availability of said information. The pilot can then execute maneuver errors that can lead to an accident. This may be the case if the pilot, fearing the presence of a nearby obstacle, acts involuntarily and reflexively on the cyclic pitch stick without increasing the motive power. This results in a slight nose-up attitude of the rotorcraft then a rapid loss of altitude extremely dangerous if the rotorcraft moves close to the ground or water.
  • EP0006773 presents a method for determining a predictive speed of an aerodyne.
  • the present invention aims to remedy these disadvantages and proposes a method of obtaining a predictive vertical speed of a rotorcraft making it possible to have at disposal the relevant information to serenely and safely control the device whatever the external conditions.
  • this method is implemented by a variometer adapted to this need, called predictive variometer in this text.
  • the method for obtaining a predictive vertical velocity v A p of a rotorcraft namely the estimated vertical speed that the rotorcraft will reach after a given time without modifying its trajectory, is remarkable in that the following steps are successively carried out:
  • the pilot has access to a predictive vertical speed allowing him to anticipate the necessary maneuvers to be carried out in order to avoid any commitment of the rotorcraft in a critical situation.
  • the instantaneous vertical speed v is provided by a conventional variometer which renders, according to the invention, the vertical speed predictive of the indicator of said variometer, transformed into a predictive variometer.
  • the method for obtaining a predictive vertical speed makes it possible to have a safety time window during which the pilot can anticipate the corrective actions adapted to the advertised situations.
  • this anticipation takes into account the delay inherent in the intrinsic operation of the on-board instrumentation namely the variometer and possibly the anemometer.
  • An anticipation time window corresponding to the time required for the pilot to perform a maneuver, is predetermined. This time is evaluated by those skilled in the art at substantially ten seconds.
  • a first correction of the measurement of the instantaneous vertical speed v is determined as a function of the instantaneous instantaneous speed V P , the predictive eigen velocity V PP , the speed V ⁇ of minimum power, the instantaneous vertical velocity v measured by a variometer and a characteristic constant k of the rotorcraft of a given type of rotorcraft.
  • This characteristic constant k is determined by means of tests and from a linear approximation which corresponds to a ratio of proportionality between powers and vertical speed of the rotorcraft, independent of the mass of the rotorcraft, such that:
  • Wv ⁇ and W n denote the powers required to fly level respectively at the minimum power speed V ⁇ and at the own speed V P , and by W the instantaneous available power of the rotorcraft.
  • a predictive term applicable to the instantaneous vertical speed v and having the following values is determined:
  • this first correction it is optionally provided secondly during a step b1 ') of weighting the predictive term by a first weighting coefficient A determined by tests relating to each type of rotorcraft.
  • This first weighting coefficient is generally close to unity.
  • the invention optionally provides tests to determine the value of this first weighting coefficient, this value being slightly different from the unit.
  • the sign "x" corresponds to the multiplication symbol.
  • the first correction of the measurement of the instantaneous vertical speed v is equal to either the predictive term Cpi or the weighted predictive term C PP i.
  • the method according to the present invention may furthermore comprise, during step b), a step b2) during which a second correction of the instantaneous vertical speed v is determined.
  • this second correction is intended to compensate for any erroneous interpretations of the indications provided by a variometer.
  • it is a question of canceling the very short-term vertical speed variations indicated by a variometer, these variations being due to a nose-up attitude of the aircraft and not to an alleged effect of ancestry. of the flow.
  • this second correction prevents the pilot from believing that the rotorcraft can continue to gain altitude with the displayed power.
  • the second correction results from the energy balance assumed constant during the reduction of the speed of the rotorcraft from the speed V ⁇ of minimum power to the hovering flight.
  • m, h and g respectively denote the mass of the aircraft, the flight altitude, and the acceleration of gravity.
  • - 7 - is advantageously obtained from a measurement dt acceleration, for example relative to an accelerometer disposed along the longitudinal axis of the rotorcraft, more accurate than the result of the treatment of low speed airspeed measurements.
  • this second correction it is optionally provided secondly, during a step b2 ') of weighting the corrective term by a second weighting coefficient B substantially equal to 0.5.
  • the weighted corrective term C PP2 is therefore written as:
  • the second weighting coefficient is arbitrarily set at 0.5. However, it could be refined by testing according to the desired sensitivity.
  • the second correction of the measurement of instantaneous vertical velocity v is equal to either the corrective term or the weighted corrective term.
  • the corrective vertical velocity V CO RR always depends on the predictive term C P i and takes one of the forms following:
  • the predictive vertical velocity v A p retained in step c) and presented to the pilot, is, as the case may be, such that:
  • V AP v + Cppi + Cpp 2
  • the predictive eigenvessel Vpp is determined by the relation:
  • Vpp Vp + ⁇ - ⁇ t
  • v AP v + A [(v + k) 2, YVr Y - " wV P P P ] J + B (VP ⁇ dt)
  • V 10 v + (v + k) ⁇ ; ° " ⁇ P )
  • V 10 is the predictive vertical velocity v in 10 seconds, without taking into account the corrective term or the weighted corrective term.
  • the determination of the instantaneous instantaneous speed Vp makes it possible in particular to overcome the loss of sensitivity at low speed of an anemometer.
  • the instantaneous instantaneous speed is measured from an instrument known as the "Omni Directional Air Data System”, sometimes referred to as "ODAS”, used for example for military helicopters such as that the UH60 device or a similar device implemented on the helicopter “DAUPHI N TM COAST GUARD", developed by the plaintiff.
  • Omni Directional Air Data System sometimes referred to as "ODAS”
  • UH60 device or a similar device implemented on the helicopter "DAUPHI N TM COAST GUARD”
  • Such a device has a substantially constant sensitivity and can provide the two components of the air speed in the plane of rotation of the device, excluding the ⁇ t7cTs ⁇ è ⁇ m ⁇ component.
  • the second embodiment of the invention makes use of the measurement of the speed of an aircraft, in particular of a low-speed rotorcraft, with the anemometer described in document FR0607239 of the applicant.
  • This instrument comprises a constant speed rotating arm provided with two pressure probes disposed at each of its ends, each probe having two pressure taps. symmetrical with respect to the plane of rotation of said arm, which provides access to the three components of the speed relative to the air.
  • the third embodiment of the invention is based on the assumption that the wind does not change in intensity or direction during the reduction of the speed of the rotorcraft from the speed V ⁇ minimum power to the hover.
  • the wind speed V w is determined at the moment of the speed reduction below V ⁇ by vector subtracting the ground speed provided by the GPS from the speed V p resulting from the airspeed measurement.
  • V w is supposed to remain constant during the approach of the rotorcraft during which its velocity decreases from VY to zero, so that the eigenvessel V p is then estimated equal to the vector sum
  • V s + V w , ⁇ s being the instant ground speed from the GPS in the whole of the second regime.
  • the corresponding conventional speed VC will thus be equal to V p ⁇ / ⁇ .
  • the eigenspeed V P det-m + ne-in-ee- third embodiment of the invention is substantially two-dimensional because the ground speed provided by the GPS is also two-dimensional.
  • the invention also relates to a predictive variometer for obtaining a predictive vertical speed of a rotorcraft implementing the method presented above, and which is characterized in that it comprises:
  • a second means for measuring the instantaneous instantaneous speed Vp of a rotorcraft - A third means for calculating the predictive vertical velocity VAP of a rotorcraft, the third means being firstly connected to the first and second means respectively by a first I ⁇ and a second 12 links.
  • the predictive vertical velocity v A p, developed by the third means is displayed, via a third link 12> to said first means.
  • this first means is a conventional variometer.
  • the second means is advantageously but not exclusively either an anemometer according to the first two embodiments mentioned above, or a GPS according to the third embodiment.
  • the eigenspeed is the vector sum of the speed provided by the GPS and the wind speed obtained by difference of the speed and speed given by the GPS when the conventional speed is equal to or greater than the minimum power speed.
  • the third means is a calculator developing the predictive vertical velocity VAP from the following information relating to the rotorcraft:
  • the predictive variometer according to the invention advantageously and optionally comprises a fourth means for measuring the instantaneous acceleration of the rotorcraft.
  • This fourth means is connected to the third means by a link IA.
  • the fourth means is an accelerometer arranged along the longitudinal axis of the rotorcraft.
  • FIG. 1 a diagram showing the device according to the invention
  • FIG. 2 is a block diagram of the execution steps of the method according to the invention.
  • the predictive variometer 1 shown schematically in FIG. 1 and in accordance with the invention, is intended to determine a predictive vertical speed v A p of a rotorcraft.
  • This predictive variometer 1 operates from a first means 1 'preferably constituted by a conventional variometer and presents the pilot with the predictive vertical speed v A p on the indicator 20 of this conventional variometer.
  • the instantaneous vertical speed v measured by a variometer 1 ' is transmitted by a first link l ⁇ to a third means 3 namely a computer, which after appropriate digital processing develops, if necessary, a speed vertical predictive v A p, transmitted via a third link 13 to the indicator 20 on which it is displayed.
  • the predictive variometer 1 also comprises a second means 2 for measuring the instantaneous instantaneous speed V P of a rotorcraft, this second means being connected to the third means 3 by a second link 12.
  • the second means 2 corresponds to the following instruments:
  • the own speed Vp of the rotorcraft corresponds to the vector sum of the ground speed V s provided by the GPS and the wind speed V w obtained by difference between the own speed given by an anemometer and the speed given by the GPS when the conventional speed VC is equal to the speed VY of minimum power, knowing that
  • the third means 3 contains in memory predetermined values of the speed VY of minimum power and of a characteristic constant k, which are constants for a rotorcraft of a given type of rotorcraft, as well as the constants A and B previously presented.
  • This fourth means 4 is connected to the third means 3 by a fourth link 14.
  • the vertical speed v A p produced by the third means 3 is displayed on the indicator 20 of the first means 1 'via a third link 13.
  • said predictive variometer 1 implements the process shown diagrammatically in FIG.
  • the instantaneous vertical speed v is measured using a variometer 1 '. More precisely, during step b), during a step b1), a first correction of the measurement of the instantaneous vertical speed v is determined as a function of the instantaneous instantaneous speed V P , the predictive eigen velocity V PP , the minimum power velocity V ⁇ , the instantaneous vertical velocity v measured by a variometer and a characteristic constant k of the rotorcraft of a given type of rotorcraft.
  • This characteristic constant k is determined by means of tests and from a linear approximation which corresponds to a ratio of proportionality between powers and vertical speed of the rotorcraft, independent of the mass of this rotorcraft, such as:
  • W n the power necessary to fly in level with the own speed Vp
  • W the instantaneous available power of the rotorcraft.
  • this first correction it is optionally provided secondly during a step b1 ') of weighting the predictive term Cpi by a first weighting coefficient A determined by tests relating to each type of rotorcraft.
  • This first weighting coefficient is generally close to unity.
  • the first correction of the measurement of the instantaneous vertical speed v is equal to either the predictive term Cpi or the weighted predictive term Cp P i.
  • the method according to the present invention may furthermore comprise, during step b), a step b2) during which a second correction of the instantaneous vertical speed v is determined.
  • a correction term CP2 applicable to the vertical speed v is determined by the following relation where t denotes the time:
  • the first two expressions respectively designating the kinetic energy and the potential energy relative to the rotorcraft.
  • this second correction it is optionally provided secondly, during a step b2 ') of weighting the corrective term C P2 by a second weighting coefficient B substantially equal to 0.5.
  • the weighted corrective term C PP2 is therefore written as:
  • the second correction of the measurement of the instantaneous vertical speed v is equal to either the corrective term Cp 2 or the weighted corrective term Cp P2 .
  • the corrective vertical velocity V CORR takes one of the following forms:
  • the predictive eigenvessel V PP is determined by the relation:
  • V PP Vp + ⁇ - ⁇ t
  • Vp 10 V P + (10 x ⁇ -)
  • VA C v + A (V 1 0 - v) + B (VP -J ⁇ -) or: - V 0
  • V 10 is the vertical speed v predictive in 10 seconds.
  • the present invention is subject to many variations as to its implementation. Although several embodiments have been described, it is clear that it is not conceivable to exhaustively identify all the possible modes. It is of course conceivable to replace a means described by equivalent means without departing from the scope of the present invention.
  • said rotorcraft concerned moving substantially at the speed V ⁇ of minimum power and possibly being evolved at a non-zero instantaneous vertical speed an attempt consists in reducing, from a proper speed instant V p less than or equal to V ⁇ at a first time t, this speed of advancement of rotorcraft while maintaining if possible constant the motive power.
  • the test is repeated by imposing on the rotorcraft, at each test, an approximately constant level of deceleration, it being understood that on the one hand said level of deceleration can be modified from one test to another and from one test to another. on the other hand, several tests can be performed at the same deceleration level, or else from different instantaneous instantaneous velocities V p at the first time t.
  • Each deceleration level is obtained by a longitudinal displacement of the cyclic stick towards the rear of the rotorcraft by the pilot. Under these conditions, this results in an inclination of the swashplate and therefore the plane of rotation of the rotor in the direction to pitch up towards the front of the rotorcraft. This action has the effect of imposing a deceleration on the rotorcraft concerned.
  • each test is continued for a period of at least ten seconds, that is to say up to a second time (t + 10 seconds), this duration of 10 seconds being preferably retained for the prediction of the speed own predictive V pp written then in the form V p i 0 .
  • v A p is equal to the vertical speed v measured at the second time (t + 10 seconds, and
  • v is equal to the vertical velocity v measured at first time (T).
  • V AP v + C Pp 2 (only B coefficient used)

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'obtention d'une vitesse verticale prédictive d'un giravion, ce dispositif constituant un variomètre prédictif (1) qui comprend au moins : un premier moyen (V) pour mesurer la vitesse verticale instantanée v d'un giravion; un deuxième moyen (2) pour mesurer la vitesse propre (VP) instantanée d'un giravion; un troisième moyen (3) pour calculer la vitesse verticale prédictive (vAp) d'un giravion, ce troisième moyen étant d'une part relié aux premier et deuxième moyens respectivement par une première (t1) et une deuxième (t2) liaisons et contenant en mémoire les valeurs prédéterminées de a vitesse (Vy) de puissance minimale et d'un coefficient caractéristique (k) qui sont des constantes relatives au dit giravion, d'un type donné de giravion.

Description

Procédé et dispositif d'obtention d'une vitesse verticale prédictive d'un qiravion
La présente invention concerne un procédé d'obtention d'une vitesse verticale prédictive d'un aéronef, notamment un giravion. L'invention couvre aussi un dispositif de variomètre prédictif mettant en œuvre ledit procédé.
En effet, afin de piloter un giravion, le pilote fait appel à une pluralité d'instruments de bord et notamment à un variomètre. Cet instrument détermine la vitesse verticale instantanée (vitesse verticale de montée ou de descente) du giravion et sert d'indicateur au pilote.
Le principe du variomètre repose sur la mesure de variation de la pression atmosphérique lors d'une montée ou d'une descente. Pour ce faire un variomètre est constitué par exemple d'une capsule manométrique reliée à un réservoir isolé thermiquement, l'ensemble étant mis en relation avec l'air libre (atmosphère ambiante) par l'intermédiaire d'un tube capillaire calibré.
Le variomètre est commandé par la différence de pression entre l'air libre (pression atmosphérique ou pression statique à l'intérieur du variomètre mais à l'extérieur de la capsule) et celle régnant dans la capsule via la liaison réalisée par le tube capillaire servant de prise d'air de calibre déterminé. En fait, le tube capillaire doit être calibré de façon que les déformations de la capsule indiquent la différence de pression entre la pression locale à un instant donné et la pression locale à l'instant immédiatement précèdent. Par suite, le tube capillaire doit être suffisamment fin pour que pendant les montée ou descente, la pression statique (atmosphère ambiante) devienne suffisamment différente de la pression à l'intérieur de la capsule. Autrement dit, le tube capillaire induit un certain retard dans l'établissement de la pression atmosphérique dans l'ensemble capsule-réservoir.
Du fait de son principe de fonctionnement, on comprend donc que les indications d'un variomètre ne sont pas instantanées lors des changements de trajectoire d'un aéronef en vol de montée ou de descente.
Comme un variomètre n'indique que des variations de pressions, il en résulte bien entendu qu'en vol de palier, les pressions à l'intérieur et à l'extérieur du variomètre s'égalisent par l'intermédiaire du tube capillaire de sorte que l'indication de vitesse de montée ou de descente devient égale à zéro.
En outre, le pilote doit avoir impérativement connaissance de la vitesse par rapport à l'air VA, aussi appelée « vitesse aérodynamique ». Celle-ci est mesurée et donnée par un anémomètre. Cet instrument est un manomètre différentiel qui mesure un écart entre la pression statique et la pression totale de l'écoulement d'air au niveau des prises de pressions correspondantes.
La pression statique (pression ambiante au niveau de la prise de pression statique) est indépendante de la vitesse par rapport à l'air de l'aéronef.
La pression totale (ou « pression d'arrêt réelle ») est obtenue à partir d'une prise de pression totale de l'écoulement d'air. L'homme du métier appelle couramment cette prise de pression totale de l'air « Pitot » ou « tube de Pitot ».
Dans ces conditions l'anémomètre comprend aussi une capsule anéroïde qui se déforme plus ou moins en fonction de la grandeur de l'écart entre la pression totale et la pression statique. En général, les prises de pressions statique et totale sont regroupées sur une unique sonde dite sonde anémométrique. Cette sonde anémométrique est sensiblement profilée et cylindrique, avec une partie antérieure généralement hémisphérique. La sonde anémométrique est disposée sur l'aéronef de sorte que d'une part la prise de pression totale est située au point extrême amont du corps cylindrique, et d'autre part, la prise de pression statique est radiale et en arrière de la prise de pression totale.
Dans le cas particulier d'un giravion, la prise de pression statique est en principe disposée le long du fuselage alors que la prise de pression totale se situe à l'amont d'une perche plus ou moins longue.
Ainsi et par l'application du théorème de Bernoulli, valable notamment pour les vitesses d'avancement d'un giravion, ledit écart est égal à une pression dynamique (proportionnelle au carré de la vitesse de l'aéronef par rapport à l'écoulement d'air) à partir de laquelle on déduit la vitesse indiquée de l'aéronef.
Cette dernière est transmise à un instrument de bord, c'est- à-dire à un indicateur pour constituer une installation anémométrique de façon que la vitesse indiquée VA corresponde :
- au sol, à la vitesse de l'aéronef par rapport à l'atmosphère ambiante, et
- en altitude (en vol), à l'équivalent de vitesse, c'est-à-dire le produit de la vitesse vraie Vv ou vitesse sur trajectoire par la racine carrée de la densité relative σ de l'air, égale elle- même au quotient de la masse volumique p de l'air à l'altitude considérée par la masse volumique de l'air pO au sol en « atmosphère standard », soit :
Figure imgf000006_0001
En réalité, la vitesse indiquée diffère de l'équivalent de vitesse en raison d'erreurs instrumentales. Par suite, la vitesse indiquée doit être corrigée en tenant compte de l'étalonnage de l'installation anémométrique pour correspondre à la vitesse corrigée VC ou vitesse conventionnelle, voisine mais différente de l'équivalent de vitesse.
Il est rappelé qu'un tel instrument est étalonné uniquement pour les conditions «d'atmosphère standard» au niveau de la mer. En d'autres termes, la vitesse lue est égale en toute rigueur à la vitesse par rapport à l'air que si la pression vaut 101 325 Pascals et si la température est de 15 degrés Celsius ( p = p0).
Dans le cas où l'atmosphère du jour diffère notablement de l'atmosphère standard, on introduit une correction basée sur «l'altitude-densité» qu'il n'y a pas lieu de décrire ici.
Il importe de noter que les dispositifs traditionnels avec tube de Pitot et prise de pression statique ont une sensibilité qui tend à s'annuler lorsque la vitesse de l'aéronef par rapport à l'air diminue.
En outre, et dans un souci de clarté, si l'on définit une vitesse propre VP, comme égale à la composante horizontale de la vitesse vraie, soit à Vv cosθ si θ désigne l'angle de pente de la trajectoire de l'aéronef. De la sorte, le vecteur Vp et le vecteur Vw , composante horizontale du vent, ont pour résultante géométrique le vecteur vitesse sol Vs , fondamental en navigation .
Bien entendu, la vitesse vraie Vv et la vitesse propre VP sont égales en vol de palier. Aux erreurs instrumentales près, on peut donc admettre en vol de palier que la vitesse conventionnelle VC est égale au produit de la vitesse propre VP par Vσ , soit :
Figure imgf000007_0001
Par ailleurs, et dans le cas des giravions, on définit un premier et un deuxième régimes de vitesse de vol. La vitesse de vol comprise entre ces deux régimes de vitesse est appelée vitesse de puissance minimale et vaut par exemple 65 nœuds, environ. Elle correspond à une puissance nécessaire au vol en palier appelée puissance minimale. Il s'agit d'un minimum de la courbe de la puissance nécessaire au vol en palier d'un giravion en fonction de sa vitesse d'avancement. Cette puissance nécessaire est la somme de :
- la puissance induite, liée à la sustentation qu'il faut produire, et égale au produit de la vitesse dite « induite » et de la portance : cette puissance diminue en fonction de la vitesse d'avancement du giravion,
- la puissance de profil due à la traînée de profil des pales du rotor principal qui est variable suivant les profils de pales : elle croît en fonction de la vitesse d'avancement,
- la puissance de fuselage due à la traînée du fuselage : elle augmente rapidement en fonction de la vitesse, sensiblement comme cette vitesse à la puissance trois,
- les pertes de puissance dues notamment à la transmission de puissance de la motorisation aux rotors principal et arrière, au refroidissement, à l'entraînement des accessoires : ces pertes de puissances augmentent avec la vitesse d'avancement du giravion.
Alors, le premier régime de vitesse s'applique lorsque la vitesse conventionnelle VC du giravion est supérieure à la vitesse Vγ de puissance minimale. Il est caractérisé par une augmentation de la puissance avec la vitesse par rapport à l'air et correspond à des vols stabilisés.
A contrario, le deuxième régime de vitesse s'applique en dessous de cette vitesse de puissance minimale. Il est caractérisé par une instabilité de vol des giravions. Dans ce deuxième régime de vitesse, la vitesse conventionnelle est basse et la puissance augmente quand la vitesse du giravion diminue. Les mesures anémométriques sont alors de moins en moins fiables quand la vitesse d'avancement du giravion diminue. De plus, la vitesse verticale instantanée mesurée est approximative comme vu précédemment en raison du retard lié à l'inertie d'un variomètre.
Par ailleurs, un phénomène dit d'« ascendance » peut fausser l'interprétation des indications données par un variomètre.
D'ordinaire, le phénomène d'ascendance est un phénomène naturel de déplacement d'air vers une altitude plus élevée.
Ainsi, lorsque le pilote fait cabrer le giravion, même légèrement, et voire instinctivement, sans toutefois modifier la puissance motrice instantanée (énergie) du giravion, le variomètre indique une vitesse verticale positive dans un tout premier temps.
En effet, à court terme, l'assiette longitudinale du fuselage augmente et le giravion tend à monter. Or, l'énergie totale du giravion est la somme de son énergie cinétique et de son énergie potentielle. Comme la puissance est maintenue constante, l'énergie potentielle augmentant, l'énergie cinétique diminue de sorte que le giravion ralentit.
Or, le pilote ne se rend pas compte de la perte de vitesse du giravion car il croit profiter du phénomène naturel d'ascendance. Le pilote ne peut donc remédier à cette perte de vitesse par une augmentation de la puissance du giravion.
De plus, ce ralentissement dans le domaine du deuxième régime de vitesse s'accompagne, comme vu ci-dessus, d'une augmentation de puissance nécessaire.
Dès lors, la vitesse verticale chute subitement de manière à devenir fortement négative, le pilote n'ayant pas augmenté la puissance nécessaire comme requis en raison de la diminution de la vitesse d'avancement. Le giravion amorce donc une descente rapide, voire dangereuse, et imprévisible de la part du pilote puisque le variomètre affichait, quelques instants auparavant, une vitesse verticale positive.
En outre, lors de vols sans visibilité, le pilote doit faire entièrement confiance aux informations fournies par les instruments à sa disposition sur le tableau de bord, entre autres, la vitesse verticale du giravion. Si une situation d'urgence se présente, le pilote peut être amené à réagir avec précipitation. Cette réaction précipitée peut de surcroît être accentuée du fait de la disponibilité tardive des dites informations. Le pilote peut alors exécuter des erreurs de manœuvre pouvant conduire à un accident. Telle peut être la situation si le pilote, craignant la présence d'un obstacle à proximité, agit involontairement et par réflexe sur le manche de pas cyclique sans augmenter la puissance motrice. Il en résulte alors une légère assiette à cabrer du giravion puis une perte d'altitude rapide extrêmement dangereuse si le giravion évolue près du sol ou de l'eau.
Par ailleurs, on note que le document EP0006773 présente un procédé pour déterminer une vitesse prédictive d'un aérodyne.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et propose un procédé d'obtention d'une vitesse verticale prédictive d'un giravion permettant d'avoir à disposition les informations pertinentes pour contrôler sereinement et en toute sécurité l'appareil quelles que soient les conditions extérieures. En particulier, ce procédé est mis en œuvre par un variomètre adapté à ce besoin, appelé variomètre prédictif dans ce texte.
Selon l'invention, le procédé d'obtention d'une vitesse verticale prédictive vAp d'un giravion, à savoir la vitesse verticale évaluée que va atteindre le giravion après un temps donné sans modification de sa trajectoire, est remarquable en ce que l'on effectue successivement les étapes suivantes :
a) on mesure la vitesse verticale instantanée v du giravion,
b) on détermine une vitesse verticale corrective VCORR dépendant d'un terme prédictif,
c) on additionne la vitesse verticale corrective à la vitesse verticale instantanée pour obtenir ladite vitesse verticale prédictive vAp.
De ce fait, le pilote a accès à une vitesse verticale prédictive lui permettant d'anticiper sur les manœuvres nécessaires à réaliser afin d'éviter tout engagement du giravion dans une situation critique.
De préférence, la vitesse verticale instantanée v est fournie par un variomètre classique qui restitue, selon l'invention, la vitesse verticale prédictive à l'indicateur dudit variomètre, transformé en un variomètre prédictif.
Ainsi, le procédé d'obtention d'une vitesse verticale prédictive permet d'avoir une fenêtre temporelle de sécurité durant laquelle le pilote peut anticiper les actions correctives adaptées aux situations annoncées.
En outre, cette anticipation prend en compte le retard inhérent au fonctionnement intrinsèque de l'instrumentation de bord à savoir le variomètre et éventuellement l'anémomètre.
Une fenêtre temporelle d'anticipation, correspondant au temps nécessaire au pilote pour effectuer une manoeuvre, est prédéterminée. Ce temps est évalué par l'homme du métier sensiblement à dix secondes.
Au cours de l'étape b), durant une étape b1 ), on détermine une première correction de la mesure de la vitesse verticale instantanée v en fonction de la vitesse propre instantanée VP, la vitesse propre prédictive VPP, la vitesse Vγ de puissance minimale, la vitesse verticale instantanée v mesurée par un variomètre et une constante caractéristique k du giravion d'un type donné de giravion.
Cette constante caractéristique k est déterminée grâce à des essais et à partir d'une approximation linéaire qui correspond à un rapport de proportionnalité entre puissances et vitesse verticale du giravion, indépendant de la masse du giravion, tel que :
W v = k< w;-1 >
avec l'approximation :
W" = 2 - Vp
Wv γ Vγ
Dans ces relations, on désigne par Wvγ et Wn les puissances nécessaires pour voler en palier respectivement à la vitesse Vγ de puissance minimale et à la vitesse propre VP, et par W la puissance disponible instantanée du giravion. Sur cette base et en premier lieu, on détermine un terme prédictif applicable à la vitesse verticale instantanée v et valant :
CP, = (v + k)^
<-. Vγ - Vpp
Dans le cadre de cette première correction, il est prévu éventuellement en deuxième lieu durant une étape b1 ') de pondérer le terme prédictif par un premier coefficient pondérateur A déterminé par des essais relatifs à chaque type de giravion. Ce premier coefficient pondérateur est généralement proche de l'unité.
Le terme prédictif pondéré CP P I s'écrit donc :
Cppi = A X Cpi
En effet, il est théoriquement inutile d'introduire ce premier coefficient de pondération qui est théoriquement égal à une unité.
Toutefois, la spécificité de chaque giravion peut générer un léger écart avec la théorie. Par suite, l'invention prévoit éventuellement de réaliser des essais pour déterminer la valeur de ce premier coefficient de pondération, cette valeur étant légèrement différente de l'unité.
Le signe « x » correspond au symbole de multiplication.
Dans ces conditions, la première correction de la mesure de la vitesse verticale instantanée v est égale soit au terme prédictif Cpi soit au terme prédictif pondéré CPPi .
Il importe de noter que cette première correction (CP1 ou CPpi ) n'est applicable que si les deux conditions suivantes sont remplies : - la vitesse conventionnelle VC en vol de palier est inférieure à la vitesse Vy laquelle est voisine de 65kt (nœuds),
- la vitesse conventionnelle VC est décroissante.
Le procédé selon la présente invention peut comprendre de plus durant l'étape b), une étape b2) au cours de laquelle on détermine une deuxième correction de la vitesse verticale instantanée v.
Plus précisément, cette deuxième correction est destinée à compenser les éventuelles interprétations erronées des indications fournies par un variomètre. Compte tenu des explications susmentionnées, il s'agit d'annuler les variations de la vitesse verticale à très court terme indiquées par un variomètre, ces variations étant dues à une assiette à cabrer de l'aéronef et non à un effet présumé d'ascendance de l'écoulement. En d'autres termes, cette deuxième correction évite de laisser croire au pilote que le giravion peut continuer à prendre de l'altitude avec la puissance affichée.
La deuxième correction résulte du bilan énergétique supposé constant pendant la réduction de la vitesse du giravion à partir de la vitesse Vγ de puissance minimale jusqu'au vol stationnaire.
Ce bilan énergétique s'exprime alors comme suit, CT étant une constante :
Figure imgf000013_0001
où m, h et g désignent respectivement la masse de l'aéronef, l'altitude de vol, et l'accélération de la pesanteur.
Alors et si les puissances W et Wn restent constantes, une dérivation de la précédente expression conduit à la relation suivante où t désigne le temps :
dh = v dVP dt p dt
Sur cette base et en premier lieu, on détermine un terme correctif applicable à la vitesse verticale et valant :
Figure imgf000014_0001
d dVtp
dh qui par définition s'oppose à la variation d'altitude — du giravion. dt
Dans ces conditions, l'accélération instantanée de l'aéronef
—7- est avantageusement obtenue à partir d'une mesure dt d'accélération, par exemple relative à un accéléromètre disposé suivant l'axe longitudinal du giravion, plus précis que le résultat découlant du traitement de mesures anémométriques à basse vitesse.
Dans le cadre de cette deuxième correction, il est prévu éventuellement en deuxième lieu, durant une étape b2') de pondérer le terme correctif par un deuxième coefficient pondérateur B sensiblement égal à 0,5.
Le terme correctif pondéré CPP2 s'écrit donc :
C pp2 = B X C p2
Le deuxième coefficient de pondération est arbitrairement fixé à 0,5. Toutefois, il pourrait être affiné par essais selon la sensibilité recherchée.
Par conséquent, la deuxième correction de la mesure de la vitesse verticale instantanée v est égale soit au terme correctif, soit au terme correctif pondéré.
Dans la mesure où d'une part la première correction est seulement appliquée et d'autre part les première et deuxième corrections sont appliquées simultanément, la vitesse verticale corrective VCO RR dépend toujours du terme prédictif CPi et prend l'une des formes suivantes :
VCORR = Cpi ou VCORR = C PPI ou VCORR = C-Pi + Cp2 ou VCORR = Cp-ι + Cpp2 ou VCORR = CPPI + Cp2 ou VCORR = CPP I + Cpp2
Par suite, la vitesse verticale prédictive vAp, retenue à l'étape c) et présentée au pilote, est, selon le cas, telle que :
Figure imgf000015_0001
ou VAP = v + CPP1
ou vAp = v + Cp-ι + CP2
ou vAp = v + Cp1+ CPP2
Figure imgf000015_0002
ou VAP = v + Cppi + Cpp2
Bien évidemment, on rappelle que ces vitesses verticales prédictives ne sont portées à la connaissance du pilote que si les conditions suivantes sont réalisées : - la vitesse conventionnelle VC en vol de palier est inférieure à la vitesse Vγ laquelle est voisine de 65kt (nœuds),
- la vitesse conventionnelle VC est décroissante,
La connaissance de ces vitesses verticales prédictives permet au pilote d'un giravion de disposer d'informations opérationnelles prédictives qui offrent un effort moindre d'analyse et un confort temporel supplémentaire. Par conséquent, cet avantage permet de diminuer la probabilité de devoir gérer des situations d'urgence dans la précipitation et par suite d'améliorer fortement la sécurité.
Préférentiellement, la vitesse propre prédictive Vpp est déterminée par la relation :
Vpp = Vp + ^- Δt
avec un espace temps Δt avantageusement égal à 10 secondes.
Cette condition conduit à écrire la vitesse propre prévisionnelle dans 10 secondes de la façon suivante :
Figure imgf000016_0001
A titre d'exemple, la vitesse verticale prédictive dans 10 secondes s'écrit alors comme ci-après dans le cas le plus général :
vAP = v + A[ (v + k) 2,YVrY -"wVP P P ]J + B(VP ^ dt )
soit, si Δt = 10 secondes :
vAP = v + A (vio - v) + B(Vp - f ) dt où : V10 = v + (v + k) ^;° " ^P )
ZVγ - Vp10
V10 étant la vitesse verticale v prédictive dans 10 secondes, sans prise en compte du terme correctif ou du terme correctif pondéré.
La détermination de la vitesse propre instantanée Vp selon au moins trois modes de réalisation de l'invention permet notamment de pallier à la perte de sensibilité à basse vitesse d'un anémomètre.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention, on mesure la vitesse propre instantanée à partir d'un instrument connu sous l'appellation «Omni Directional Air Data System», parfois dénommé « ODAS », utilisé par exemple pour des hélicoptères militaires tels que l'appareil UH60 ou encore un dispositif similaire mis en œuvre sur l'hélicoptère « DAUPHI N™ COAST GUARD », développé par la demanderesse.
II s'agit de deux tubes de Pitot placés sur deux bras opposés d'une antenne tournante, centrée sur l'axe de rotation du rotor principal, au dessus du plan des pales.
Un tel dispositif a une sensibilité à peu près constante et peut fournir les deux composantes de la vitesse air dans le plan de rotation du dispositif, à l'exclusion de lâ~t7cTsïè~më composante.
Le deuxième mode de réalisation de l'invention fait recours pour la mesure de la vitesse d'un aéronef, notamment d'un giravion à basse vitesse, à l'anémomètre décrit dans le document FR0607239 de la demanderesse.
Cet instrument comporte un bras tournant à vitesse constante muni de deux sondes de pression disposées à chacune de ses extrémités, chaque sonde ayant deux prises de pression symétriques par rapport au plan de rotation dudit bras, ce qui permet d'accéder aux trois composantes de la vitesse par rapport à l'air.
En conséquence, une telle anémométrie n'est plus un facteur limitant au niveau de la mesure des pressions statique et totale à basses vitesses et on obtient ainsi la vitesse propre d u giravion avec une bonne précision à basse vitesse d'avancement avec ces deux dispositifs.
Le troisième mode de réalisation de l'invention est basé sur une hypothèse selon laquelle le vent ne change ni en intensité ni en direction pendant la réduction de la vitesse du giravion à partir de la vitesse Vγ de puissance minimale jusqu'au vol stationnaire.
En effet, il est aisé de déterminer la vitesse du vent, à une vitesse conventionnelle supérieure à la vitesse de puissance minimale car dans ce premier régime de vitesse et comme déjà précisé, les informations d'origine anémométrique sont fiables. On a donc accès grâce à un anémomètre à la vitesse conventionnelle VC et à la vitesse propre Vp après avoir effectué la correction barométrique selon la relation :
Figure imgf000018_0001
Par contre, aux basses vitesses (VC<VY) et avec un équipement courant, la seule mesure de vitesse sol fiable est actuellement celle fournie par un GPS (« Global Positionning System » en langue anglaise). La vitesse VP ne peut plus donc résulter de la mesure anémométrique relative à la vitesse conventionnelle VC fournie par un anémomètre.
Selon l'invention, on détermine dans ce cas la vitesse du vent Vw au moment de la réduction de vitesse en dessous de Vγ en soustrayant vectoriellement la vitesse sol fournie par le GPS de la vitesse Vp résultant de la mesure anémométrique. Cette vitesse
Vw est supposée rester constante pendant l'approche du giravion durant laquelle sa vitesse diminue de VY à zéro, de sorte que la vitesse propre Vp est alors estimée égale à la somme vectorielle
Vs + Vw , ^s étant la vitesse sol instantanée issue du GPS dans l'ensemble du deuxième régime. La vitesse conventionnelle VC correspondante sera ainsi égale à Vp Λ/σ .
On obtient ainsi la vitesse propre VP du giravion quelle que soit sa vitesse de vol. Cependant, il est à noter que la vitesse propre VP déter-m+née-dans-ee— troisième mode de réalisation de l'invention est essentiellement bidimensionnelle du fait que la vitesse sol fournie par le GPS est aussi bidimensionnelle.
Avantageusement, la mise en œuvre de ce procédé dans un giravion, permettant de prendre connaissance de la vitesse verticale prédictive, soulage le pilote et l'équipage (meilleures informations opérationnelles, confort temporel) et diminue la probabilité de devoir gérer des situations d'urgence dans la précipitation.
L'invention a également pour objet un variomètre prédictif pour l'obtention d'une vitesse verticale prédictive d'un giravion mettant en œuvre le procédé présenté ci-dessus, et qui se caractérise en ce qu'il comprend :
- un premier moyen pour mesurer la vitesse verticale instantanée v d'un giravion,
- un deuxième moyen pour mesurer la vitesse propre instantanée Vp d'un giravion, - un troisième moyen pour calculer la vitesse verticale prédictive VAP d'un giravion, ce troisième moyen étant d'une part relié aux premier et deuxième moyens respectivement par une première Iλ et une deuxième 12 liaisons.
Avantageusement, la vitesse verticale prédictive vAp, élaborée par le troisième moyen est affichée, via une troisième liaison 12> au dit premier moyen.
Par ailleurs et de préférence, ce premier moyen est un variomètre classique.
En outre, le deuxième moyen est de façon avantageuse mais non exclusivement soit un anémomètre selon les deux premiers modes de réalisation précités, soit un GPS selon le troisième mode de réalisation. Dans ce dernier cas, la vitesse propre correspond à la somme vectorielle de la vitesse fournie par le GPS et de la vitesse du vent obtenue par différence de la vitesse propre et de la vitesse donnée par le GPS quand la vitesse conventionnelle est égale ou supérieure à la vitesse de puissance minimale.
Le troisième moyen est un calculateur élaborant la vitesse verticale prédictive VAP à partir des informations suivantes relatives au giravion :
- la vitesse verticale instantanée,
- la vitesse propre instantanée,
- les valeurs prédéterminées de la vitesse Vy de puissance minimale et d'une constante caractéristique k, à savoir la constante caractéristique décrite précédemment dans le cadre du procédé revendiqué, qui sont des constantes pour un giravion d'un type donné de giravion , ainsi que les constantes A et B précédemment présentées. En outre, le variomètre prédictif selon l'invention comprend avantageusement et de façon optionnelle un quatrième moyen pour mesurer l'accélération instantanée du giravion.
Ce quatrième moyen est relié au troisième moyen par une liaison IA.
De préférence, le quatrième moyen est un accéléromètre disposé selon l'axe longitudinal du giravion.
L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description suivante qui illustre des exemples de réalisation préférés, donnés sans aucun caractère limitatif, en référence aux figures annexées qui représentent :
- la figure 1 , un schéma de présentation du dispositif selon l'invention,
- la figure 2, un schéma synoptique des étapes d'exécution du procédé selon l'invention.
Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence.
Le variomètre prédictif 1 , représenté schématiquement sur la figure 1 et conforme à l'invention, est destiné à déterminer une vitesse verticale prédictive vAp d'un giravion. Ce variomètre prédictif 1 fonctionne à partir d'un premier moyen 1 ' constitué de préférence par un variomètre classique et présente au pilote la vitesse verticale prédictive vAp sur l'indicateur 20 de ce variomètre classique.
Pour ce faire, la vitesse verticale instantanée v, mesurée par un variomètre 1 ' est transmise par une première liaison lλ à un troisième moyen 3 à savoir un calculateur, lequel après un traitement numérique approprié élabore, si besoin, une vitesse verticale prédictive vAp, transmise via une troisième liaison 13 à l'indicateur 20 sur lequel elle s'affiche.
Par ailleurs, le variomètre prédictif 1 comprend également un deuxième moyen 2 pour mesurer la vitesse propre VP instantanée d'un giravion, ce deuxième moyen étant relié au troisième moyen 3 par une deuxième liaison 12.
Selon trois principaux modes de réalisation de l'invention, le deuxième moyen 2 correspond aux instruments suivants :
- soit à un « Omni Directional Air Data System », selon le premier mode de réalisation,
- soit à un anémomètre tel que décrit dans le document FR 0607239, selon le deuxième mode de réalisation,
- soit à un GPS, de sorte que si la vitesse conventionnelle VC du giravion est inférieure à la vitesse VY de puissance minimale, la vitesse propre Vp du giravion correspond à la somme vectorielle de la vitesse sol Vs fournie par le GPS et de la vitesse du vent Vw obtenue par différence entre la vitesse propre donnée par un anémomètre et la vitesse donnée par le GPS quand la vitesse conventionnelle VC est égale à la vitesse VY de puissance minimale, sachant que
VC = Vp Vσ avec σ égal à la densité relative de l'air ambiant (quotient de la masse volumique p de l'air à l'altitude considérée par la masse volumique de l'air p0 au sol en « atmosphère standard »).
Bien entendu , on peut envisager tout autre instrument de mesure de la vitesse propre, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par ailleurs, le troisième moyen 3 contient en mémoire les valeurs prédéterminées de la vitesse VY de puissance minimale et d'une constante caractéristique k, qui sont des constantes pour un giravion d'un type donné de giravion, ainsi que les constantes A et B précédemment présentées.
De plus, un quatrième moyen 4 est nécessaire pour
déterminer de façon optionnelle l'accélération instantanée —~ du dt giravion (t=temps) . De préférence mais non exclusivement, il s'agit d'un accéléromètre disposé selon l'axe longitudinal du giravion. Ce quatrième moyen 4 est relié au troisième moyen 3 par une quatrième liaison 14.
La vitesse verticale vAp élaborée par le troisième moyen 3 est affichée sur l'indicateur 20 du premier moyen 1 ' via une troisième liaison 13.
Dans ces conditions, ledit variomètre prédictif 1 met en œuvre le procédé schématisé par la figure 2.
Ainsi le procédé d'obtention d'une vitesse verticale prédictive vAp d'un giravion est remarquable en ce que l'on effectue successivement les étapes suivantes :
a) on mesure la vitesse verticale instantanée v du giravion,
b) on détermine une vitesse verticale corrective VCORR.
c) on additionne la vitesse verticale corrective VCORR à la vitesse verticale instantanée v pour obtenir ladite vitesse verticale prédictive VAP .
Avantageusement, on mesure la vitesse verticale instantanée v grâce à un variomètre 1 '. Plus précisément, au cours de l'étape b), durant une étape b1 ), on détermine une première correction de la mesure de la vitesse verticale instantanée v en fonction de la vitesse propre instantanée VP, la vitesse propre prédictive VPP, la vitesse de puissance minimale Vγ, la vitesse verticale instantanée v mesurée par un variomètre et une constante caractéristique k du giravion d'un type donné de giravion.
Cette constante caractéristique k est déterminée grâce à des essais et à partir d'une approximation linéaire qui correspond à un rapport de proportionnalité entre puissances et vitesse verticale du giravion, indépendant de la masse de ce giravion, tel que :
W v = k( --1 ,
"n
Dans cette relation, on désigne par Wn la puissance nécessaire pour voler en palier à la vitesse propre Vp, et par W la puissance disponible instantanée du giravion.
Cette première correction, n'est applicable que si les deux conditions suivantes sont remplies :
- la vitesse conventionnelle VC en vol de palier est inférieure à la vitesse Vγ laquelle est voisine de 65kt (nœuds),
- la vitesse conventionnelle VC est décroissante
Sur cette base et en premier lieu, on détermine un terme correctif prédictif CP1 applicable à la vitesse verticale v et valant :
2VV -VPP
Dans le cadre de cette première correction, il est prévu éventuellement en deuxième lieu durant une étape b1 ') de pondérer le terme prédictif Cpi par un premier coefficient pondérateur A déterminé par des essais relatifs à chaque type de giravion. Ce premier coefficient pondérateur est généralement proche de l'unité.
Le terme prédictif pondéré CPP I s'écrit donc :
Cppi = A X Cpi
Dans ces conditions, la première correction de la mesure de la vitesse verticale instantanée v est égale soit au terme prédictif Cpi soit au terme prédictif pondéré CpPi .
Le procédé selon la présente invention peut comprendre de plus durant l'étape b), une étape b2) au cours de laquelle on détermine une deuxième correction de la vitesse verticale instantanée v.
Sur cette base et en premier lieu, on détermine un terme correctif CP2 applicable à la vitesse verticale v par la relation suivante où t désigne le temps:
dVp
CP2 = Vp dt
dh qui par définition s'oppose à la variation d'altitude — du giravion si le bilan de puissance est supposé momentanément égal à une constante CT conformément à la relation :
Figure imgf000025_0001
les deux premières expressions désignant respectivement l'énergie cinétique et l'énergie potentielle relatives au giravion. Dans le cadre de cette deuxième correction, il est prévu éventuellement en deuxième lieu, durant une étape b2') de pondérer le terme correctif CP2 par un deuxième coefficient pondérateur B sensiblement égal à 0,5.
Le terme correctif pondéré CPP2 s'écrit donc :
Figure imgf000026_0001
Par conséquent, la deuxième correction de la mesure de la vitesse verticale instantanée v est égale soit au terme correctif Cp2, soit au terme correctif pondéré CpP2.
Dans la mesure où d'une part la première correction est seulement appliquée et d'autre part les première et deuxième corrections sont appliquées simultanément, la vitesse verticale corrective VCORR prend l'une des formes suivantes :
VCORR = Cpi ou VCORR = CPPI ou VCORR = Cpi + Cp2 ou VCORR = Cp-ι + Cpp2 ou VCORR = CPPI + Cp2 ou VCORR = CPPI + Cpp2
Par suite, la vitesse verticale prédictive vAp, retenue à l'étape c et présentée au pilote, est, selon le cas, telle que :
Figure imgf000026_0002
OU VAP = V + Cppi ou vAp = v + CPI + Cp2 OU VAp = V + Cp-I + C pp2 OU VAp = V + Cppi + Cp2 OU VAP = V + C pp i + Cpp2
Préférentiellement, la vitesse propre prédictive VPP est déterminée par la relation :
VPP = Vp + ^- Δt
avec un espace temps Δt avantageusement égal à 10 secondes.
Cette condition conduit à écrire la vitesse propre prévisionnelle dans 10 secondes de la façon suivante :
Vp10 = VP + (10 x ^- )
A titre d'exemple, la vitesse verticale prédictive dans 10 secondes s'écrit alors comme ci-après dans le cas le plus général :
Figure imgf000027_0001
soit, si Δt = 10 secondes :
VAC = v + A (V1 0 - v) + B(VP -J^- ) ou : - V0
Figure imgf000027_0002
V10 étant la vitesse verticale v prédictive dans 10 secondes. Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en œuvre. Bien que plusieurs modes de réalisations aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.
Dans la mesure où il est envisagé d'améliorer la précision des vitesses prédictives, une expérimentation spécifique est effectuée en vol avec le giravion concerné d'un type particulier de giravion, pour déterminer avec précision les premier et deuxième coefficients pondérateurs A et B au lieu de les fixer à des valeurs arbitraires respectives de 1 et 0,5 par exemple.
En pratique, et selon un protocole préféré, ledit giravion concerné se déplaçant sensiblement à la vitesse Vγ de puissance minimale et éventuellement en cours d'évolutions à vitesse verticale instantanée non nulle, un essai consiste à réduire, à partir d'une vitesse propre instantanée Vp inférieure ou égale à Vγ à un premier temps t, cette vitesse d'avancement de giravion tout en maintenant si possible constante la puissance motrice. De plus, on répète l'essai en imposant au giravion, à chaque essai, un niveau à peu près constant de décélération, étant entendu que d'une part ledit niveau de décélération peut être modifié d'un essai à l'autre et d'autre part que plusieurs essais peuvent être réalisés à un même niveau de décélération, ou encore à partir de différentes vitesses propres instantanées Vp au premier temps t.
Chaque niveau de décélération est obtenu par un déplacement longitudinal du manche cyclique vers l'arrière du giravion par le pilote. Dans ces conditions, il en résulte une inclinaison du plateau cyclique donc du plan de rotation du rotor dans le sens à cabrer vers l'avant du giravion. Cette action a pour effet d'imposer une décélération au giravion concerné.
Par ailleurs, chaque essai est poursuivi pendant une durée d'au moins dix secondes c'est-à-dire jusqu'à un deuxième temps (t + 10 secondes), cette durée de 10 secondes étant préférentiellement retenue pour la prédiction de la vitesse propre prévisionnelle Vpp écrite alors sous la forme Vpi0.
Durant chaque essai, on enregistre par conséquent, pendant 10 secondes au moins, les mesures des quantités suivantes :
- la vitesse verticale instantanée v, au début de l'essai au premier temps t,
- la vitesse verticale v au deuxième temps (t + 10 secondes), égale de fait à la vitesse verticale vAp à un temps (t + 10 secondes),
- la vitesse propre instantanée Vp au premier temps t,
dVD
- la décélération ' P dt
sachant que les quantités vy et k sont connues par ailleurs, comme des caractéristiques dudit type de giravion.
Par suite, on calcule les termes Cp1 et Cp2 pour chaque essai de telle sorte que l'on établit pour chaque essai une équation de la forme :
(A x Cpi ) + (B x Cp2) = vAP - v
ou : vAp est égale à la vitesse verticale v mesurée au deuxième temps (t + 10 secondes, et
v est égale à la vitesse verticale v mesurée au premier temps (t).
Il y a donc autant d'équations que d'essais, le système d'équations en résultant étant résolu par des méthodes numériques classiques qu'il n'est pas nécessaire de décrire présentement.
La résolution de ce système d'équations permet ainsi d'obtenir des premier et deuxième coefficients pondérateurs A et B.
Ces coefficients pondérateurs peuvent être exploités indifféremment à l'aide des relations suivantes décrites précédemment selon le cas d'expèce envisagé :
vAp = v + CPpi (coefficient A seul utilisé)
VAP = v + CPp2 (coefficient B seul utilisé)
vAp = v + CP1+ Cpp2 (coefficient B seul utilisé)
vAp = v + CPPi + CP2 (coefficient A seul utilisé)
vAp = v + CPpi+ CpP2 (coefficients A et B utilisés)

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'obtention d'une vitesse verticale prédictive vAp d'un giravion,
caractérisé en ce que l'on effectue successivement les étapes suivantes :
a) on mesure la vitesse verticale instantanée (v) du giravion,
b) on détermine une vitesse verticale corrective (VCORR) dépendant d'un terme prédictif (CP1),
c) on additionne la vitesse verticale corrective (VCORR), à la vitesse verticale instantanée (v) pour obtenir ladite vitesse verticale prédictive (vAp).
et en ce que, au cours de l'étape b), durant une étape b1 ) on détermine ledit terme prédictif (CPi ) tel que :
Δ VY " VPP
avec :
Vp = vitesse propre instantanée du giravion,
VpP = vitesse propre prédictive du giravion déterminée par la relation suivante où t et Δt désignent respectivement le temps et
un espace de temps : VPP = Vp+ — r^-Δt, dt
Vγ = vitesse prédéterminée de puissance minimale du giravion, d'un type donné de giravion, k = constante caractéristique prédéterminé du giravion, déterminé à partir d'une approximation linéaire qui correspond à un rapport de proportionnalité entre puissances et vitesse verticale du giravion.
si les deux conditions suivantes sont remplies :
- la vitesse conventionnelle (VC) en vol de palier est inférieure à la vitesse (Vγ) de puissance minimale,
- la vitesse conventionnelle (VC) est décroissante.
2. Procédé selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que durant une étape supplémentaire b1 '), on détermine un terme prédictif pondéré (CpPi), A étant un premier coefficient pondérateur, tel que :
Figure imgf000032_0001
3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que le premier coefficient pondérateur (A) est proche de 1.
4. Procédé selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que la vitesse verticale corrective (VCORR) est égale au terme prédictif (CPi) de sorte que la vitesse verticale prédictive (vAp) est telle que :
Figure imgf000032_0002
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la vitesse verticale corrective (VCORR) est égale au terme prédictif pondéré (CPPi), de sorte que la vitesse verticale prédictive (vAp) est telle que :
Figure imgf000033_0001
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que, au cours de l'étape b), durant une étape b2), on détermine un terme correctif (CP2) tel que :
C - V ^ P2 p dt
Vp désignant la vitesse instantanée du giravion et — p- son accélération instantanée, t étant le temps.
7. Procédé selon la revendication 6,
caractérisé en ce que, ayant déterminé au cours d'une étape b1 ) un terme prédictif (CPi), la vitesse verticale corrective (VCORR) est égale à l'addition du terme correctif (CP2) et du terme prédictif CPi de sorte que la vitesse verticale prédictive (vAP) est telle que :
VAP = V + CP1 +CP2
8. Procédé selon la revendication 6,
caractérisé en ce que, ayant déterminé au cours d'une étape supplémentaire b'1 ) un terme prédictif pondéré (CPP1), la vitesse verticale corrective (VCO RR) est égale à l'addition du terme correctif (CP2) et du terme prédictif pondéré (CPPi) de sorte que la vitesse verticale prédictive (vAP) est telle que :
Figure imgf000033_0002
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que durant une étape supplémentaire b2'), on détermine un terme correctif pondéré (CPp2), B étant un deuxième coefficient pondérateur, tel que :
Cpp2 = B X Cp2
10. Procédé selon la revendication 9,
caractérisé en ce que le deuxième coefficient pondérateur B est sensiblement égal à 0,5.
11 . Dispositif selon les revendications 9 ou 10,
caractérisé en ce que, ayant déterminé au cours d'une étape b1 ) un terme prédictif (CP1), la vitesse verticale corrective (VCORR) est égale à l'addition du terme prédictif (CP1) et du terme correctif pondéré (CpP2) de sorte que la vitesse verticale prédictive (vAp) est telle que :
VAp = V + Cp i +Cpp2
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou
10,
caractérisé en ce que, ayant déterminé au cours d'une étape supplémentaire b'1 ) un terme prédictif pondéré (CPPi), la vitesse verticale corrective (VCORR) est égale à l'addition du terme prédictif pondéré (CPP I ) et du terme correctif pondéré (CPP2) de sorte que la vitesse verticale prédictive (vAp) est telle que :
VAP = V + Cppi +Cpp2
13. Procédé selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que l'espace de temps (Δt) est sensiblement de dix secondes.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que l'on mesure l'accélération (— -^) à l'aide dt d'un accéléromètre disposé selon l'axe longitudinal du giravion.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que l'on mesure la vitesse propre instantanée (Vp) à l'aide d'un « Omni Directionnal Air Data System ».
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14,
caractérisé en ce que l'on mesure la vitesse propre instantanée (Vp) à l'aide d'un anémomètre comportant un bras tournant à vitesse constante, muni de deux sondes de pression disposées chacune à une des extrémités dudit bras, chaque sonde ayant deux prises de pression symétriques par rapport au plan de rotation du bras.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14,
caractérisé en ce que si la vitesse conventionnelle (VC) du giravion est inférieure à la vitesse (Vγ) de puissance minimale, on calcule la vitesse propre (VP) dudit giravion en faisant la somme vectorielle de la vitesse sol ( Vs ) fournie par un GPS et de la vitesse du vent
( Vw ) obtenue par différence entre la vitesse propre donnée par un anémomètre et la vitesse donnée par un GPS quand la vitesse conventionnelle (VC) est égale à la vitesse (Vγ) de puissance minimale.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19,
caractérisé en ce que l'on mesure la vitesse verticale instantanée (v) avec un variomètre (1 ').
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que l'on indique la vitesse verticale prédictive (vAp) du pilote à l'aide du variomètre (V) transformé en un variomètre prédictif (1 ).
20. Variomètre prédictif (1 ) pour l'obtention d'une vitesse verticale prédictive vAp d'un giravion mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend :
- un premier moyen (V) pour mesurer la vitesse verticale instantanée v d'un giravion,
- un deuxième moyen (2) pour mesurer la vitesse propre Vp instantanée d'un giravion,
- un troisième moyen (3) pour calculer la vitesse verticale prédictive vAp d'un giravion, ce troisième moyen étant d'une part relié aux premier et deuxième moyens respectivement par une première (t1 ) et une deuxième (12) liaisons et contenant en mémoire les valeurs prédéterminées de la vitesse (Vy) de puissance minimale et d'une constante caractéristique (k) qui sont des constantes relatives au dit giravion, d'un type donné de giravion. le troisième moyen (3) étant un calculateur élaborant la vitesse verticale prédictive notamment à partir des informations suivantes relatives au giravion :
- la vitesse verticale instantanée du giravion d'un type donné de giravion,
- la vitesse propre instantanée du giravion d'un type donné de giravion,
- la vitesse prédéterminée (Vγ) de puissance minimale du giravion d'un type donné du giravion,
- une constante caractéristique prédéterminée (k) du giravion d'un type donné du giravion.
21 . Variomètre prédictif (1 ) selon la revendication 20,
caractérisé en ce qu'il comprend de plus un quatrième moyen (4), relié au troisième moyen (3) par une quatrième liaison (M), pour
mesurer l'accélération instantanée ( — rr) dudit giravion.
22. Variomètre prédictif (1 ) selon l'une des revendications 20 ou 21 ,
caractérisé en ce que, la vitesse verticale prédictive (vAp) élaborée par le troisième moyen (3) est affichée via une troisième liaison (13) sur l'indicateur (20) dudit premier moyen (1 ').
23. Variomètre prédictif (1 ) selon l'une quelconque des revendications 20 à 22,
caractérisé en ce que ledit premier moyen (1 ') est un variomètre classique.
24. Variomètre prédictif (1 ) selon l'une quelconque des revendications 20 à 23,
caractérisé en ce que le deuxième moyen (2) est un « Omni Directional Air Data System ».
25. Variomètre prédictif (1 ) selon l'une quelconque des revendications 20 à 23,
caractérisé en ce que le deuxième moyen (2) est un anémomètre comportant un bras tournant à vitesse constante, muni de deux sondes de pression disposées chacune à une des extrémités dudit bras, chaque sonde ayant deux prises de pression symétriques par rapport au plan de rotation du bras.
26. Variomètre prédictif (1 ) selon l'une quelconque des revendications 20 à 23,
caractérisé en ce que le deuxième moyen (2) est un GPS de telle sorte que si la vitesse conventionnelle (VC) du giravion est inférieure à la vitesse (Vγ) de puissance minimale, la vitesse propre (VP) dudit giravion correspond à la somme vectorielle de la vitesse sol ( Vs ) fournie par un GPS et de la vitesse du vent ( Vw ) obtenue quant à elle par différence entre la vitesse donnée par un anémomètre et la vitesse donnée par un GPS quand la vitesse conventionnelle (VC) est égale à la vitesse (Vγ) de puissance minimale.
27. Variomètre prédictif (1 ) selon la revendication 21 ,
caractérisé en ce que le quatrième moyen (4) est de préférence un accéléromètre disposé selon l'axe longitudinal du giravion.
28. Variomètre prédictif (1 ) selon l'une quelconque des revendications 20 à 27, caractérisé en ce que le troisième moyen (3) est un calculateur élaborant la vitesse verticale à partir des informations suivantes relatives au giravion :
- la vitesse verticale instantanée du giravion d'un type donné de giravion,
- la vitesse propre instantanée du giravion d'un type donné de giravion,
- l'accélération instantanée du giravion d'un type donné de giravion,
- la vitesse prédéterminée (Vy) de puissance minimale du giravion d'un type donné de giravion, et
- une constante caractéristique (k) du giravion d'un type donné de giravion.
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