EP4658563A1 - Procede et systeme d'aide au pilotage dans un mode d'economie de carburant d'un aeronef a voilure tournante - Google Patents

Procede et systeme d'aide au pilotage dans un mode d'economie de carburant d'un aeronef a voilure tournante

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Publication number
EP4658563A1
EP4658563A1 EP24709468.3A EP24709468A EP4658563A1 EP 4658563 A1 EP4658563 A1 EP 4658563A1 EP 24709468 A EP24709468 A EP 24709468A EP 4658563 A1 EP4658563 A1 EP 4658563A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine
eco mode
mode
aircraft
standby
Prior art date
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Pending
Application number
EP24709468.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent Thomas RETOIN
Alexandre Edouard Emile FIGIELSKI
Quentin VINCENZOTTO
Sébastien Alexis Matthieu CARLES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Helicopter Engines SAS
Original Assignee
Safran Helicopter Engines SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Helicopter Engines SAS filed Critical Safran Helicopter Engines SAS
Publication of EP4658563A1 publication Critical patent/EP4658563A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D31/00—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
    • B64D31/02—Initiating means
    • B64D31/04—Initiating means actuated personally
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D35/00—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions
    • B64D35/08—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions characterised by the transmission being driven by a plurality of power plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/06—Helicopters with single rotor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
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    • B64D27/14—Aircraft characterised by the type or position of power plants of gas-turbine type  within, or attached to, fuselages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64D31/02—Initiating means
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    • B64D31/00—Power plant control systems; Arrangement of power plant control systems in aircraft
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    • B64D31/09—Initiating means actuated automatically in response to power plant failure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/42—Control of fuel supply specially adapted for the control of two or more plants simultaneously
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
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    • F05D2220/329—Application in turbines in gas turbines in helicopters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/07—Purpose of the control system to improve fuel economy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/13—Purpose of the control system to control two or more engines simultaneously

Definitions

  • the present invention relates to the field of assistance in piloting rotary wing aircraft, in particular helicopters or drones, and it refers more particularly to a fuel saving mode or "ECO mode" consisting of putting one of the two engines of a twin-engine aircraft, for example in standby mode (or “stand-by state”) during cruise or waiting and research flight phases (or “loitering”), in order to achieve savings in fuel.
  • ECO mode consisting of putting one of the two engines of a twin-engine aircraft, for example in standby mode (or “stand-by state”) during cruise or waiting and research flight phases (or “loitering”), in order to achieve savings in fuel.
  • climate change is a major concern for many legislative and regulatory bodies around the world. Indeed, various restrictions on carbon emissions have been, are or will be adopted by various States. In particular, an ambitious standard applies both to new types of aircraft but also to those currently in circulation requiring the implementation of technological solutions in order to make them comply with current regulations. Civil aviation has been mobilizing for several years now to make a contribution to the fight against climate change.
  • twin-engine aircraft it is known for twin-engine aircraft to resort to using the engines in fuel-saving mode called ECO mode, whether it is carried out with the combustion chamber of the engine on or off, during the cruise or "loitering" phases.
  • ECO mode fuel-saving mode
  • one of the two engines of the aircraft is placed in standby mode.
  • ECO mode For safety reasons, authorization and then maintenance of ECO mode are necessary and involve carrying out a safety test (or “Safety Check”) to determine the value of the motor parameters and then check whether these motor parameters are within the ranges operating conditions to engage and then maintain ECO mode.
  • a safety test or “Safety Check”
  • the present invention therefore relates to a piloting assistance method which overcomes the aforementioned drawbacks and allows optimal use of the ECO mode so as to achieve fuel savings.
  • the invention also aims to ensure that ECO mode can be used safely.
  • a method of assisting the piloting of a rotary wing aircraft comprising two engines, a first engine of which is put on standby to ensure operation of the aircraft in fuel saving mode called ECO mode, the second engine remaining active in said ECO mode, the method being characterized in that to allow activation by a pilot of the ECO mode, a flight computer of the aircraft verifies in real time the achievement of the authorization conditions of following entry into ECO mode: the sum of the powers supplied by the engines is less than a maximum continuous power, the rotation speed N2 of a free turbine of the second engine is greater than a determined speed threshold, the altitude of the aircraft is greater than a minimum value allowing a transient autorotation phase during standby engine reactivation in the event of an active engine failure, and there is no critical failure detected
  • At least one of the previous conditions for entering ECO mode or one of the following additional conditions must be false: no acceleration limit is reached, the oil temperature Th is greater than a determined temperature threshold making it possible to ensure rapid reactivation of the engine in standby mode, the fuel temperature Tcarb is greater than a determined temperature threshold making it possible to ensure rapid reactivation of the engine in standby mode, and there is no loss of power from the active motor.
  • the value of the speeds and the margins of the engine parameters in the event of activation of the ECO mode are estimated directly from the engine model implemented in the flight computer, and their updating, like their display, can therefore be done more regularly and transparently for the pilot.
  • critical failures include data failures which hinder the proper operation of the motor and/or its equipment, serial link failures, electrical system failures, failures leading to loss of motor regulation, failures of the regulation system, breakdowns of the hydraulic system.
  • the achievement or not of the authorization conditions is displayed on an indicator dial comprising three power ranges corresponding respectively to the achievement of the authorization conditions, to the possible achievement of the authorization conditions and to the non-achievement of the authorization conditions. 'authorisation.
  • the rotation speed N2 of the free turbine is greater than a threshold of between 80% and 90% of the maximum engine speed, the oil or fuel temperature threshold is 5°C and the minimum value of the minimum altitude is equal to 300m.
  • the invention also relates to the piloting assistance system implementing the aforementioned method, as well as an aircraft, preferably a twin-engine helicopter, implementing such a piloting assistance system.
  • Figure 1 schematically illustrates an aircraft comprising a piloting assistance system in ECO mode according to an example of the invention.
  • the principle of the invention is based on a real-time determination by the aircraft flight computer of different parameters which are then synthesized to make available to the pilot on a screen in the cockpit of the aircraft (for example the indicator first limit, or FLI for "First Limit Indicator") a control indication indicating whether entry into fuel economy mode (ECO mode) is authorized or not.
  • the pilot can also have indicators to know whether maintaining this ECO mode is authorized or not, once said mode is activated. For example, if the duration of the cruise phase is sufficient, typically at least greater than 10 minutes, and the power requested during this phase is not too high (corresponding to an engine control temperature typically greater than 1400K) then the pilot can engage ECO mode provided that the authorization conditions defined by the flight computer are met.
  • the rotation speed N2 of the free turbine of the active motor is greater than a determined speed threshold (preferably corresponding to a threshold between 80% and 90% of the maximum speed of the motor),
  • the altitude of the aircraft H is greater than a minimum value allowing a transient autorotation phase during reactivation of the standby engine in the event of failure of the active engine (safety criterion), typically Alt>300m, and
  • critical failures we mean failures of certain data (NR i.e. rotor rotation speed, selector, fuel pressure) which hinder the proper functioning of the engine and/or its equipment, failures of serial links (intercomputers and computer - aircraft), electrical system failures, IGV failures, failures which may cause effects on the regulation system (limited acceleration/deceleration speed), hydraulic system failures and any other failure causing loss of engine regulation.
  • NR rotor rotation speed, selector, fuel pressure
  • Having a rotation speed N2 greater than a threshold which is between 80% and 90% of the maximum speed of the engine makes it possible to include the phases of cruise or holding flight and the taxiing and idling phases of the aircraft on the ground.
  • a rotation speed N2 greater than 80% of the maximum engine speed ensures operation of the aircraft in a fuel saving mode, called ECO mode, in a circulation and idling phase. on the ground
  • a rotation speed N2 greater than 90% of the maximum engine speed ensures operation of the aircraft in a fuel saving mode, called ECO mode, in a cruising phase.
  • the computer also carries out consistency tests in order to verify that the request to enter ECO mode has been correctly made and to avoid ECO mode being activated unintentionally.
  • the computer also checks the absence of one or more critical failures. These faults include for example: faults which may affect the operation of ECO mode, the operation of the engines, or the operation of the engine reactivation system which will be put into standby.
  • the first engine preferably switches to ECO mode gradually.
  • the power of the first motor is preferably reduced gradually until reaching a minimum power.
  • the operation of the first motor at minimum power is maintained for a time interval of, for example, between 1 and 2 minutes.
  • the starter is activated to check the operation of ECO mode. If it works correctly, the first motor is then put on standby.
  • the flight computer 20 can calculate the power that should be provided by the engine which would remain active in ECO mode (ECO estimated power). Furthermore, by adding the power supplied by each engine and using an engine model installed in the flight computer, it is possible to determine what the engine parameters (NI, TC and torque) would be corresponding to this power and the level of engine damage remaining active.
  • the engine model implemented in the computer is used to evaluate in real time the health status of the second engine remaining active and to determine in real time whether the second engine remaining active in ECO mode is capable of providing the power necessary to continue the flight.
  • All of this data can be used to determine whether or not entering ECO mode is permitted and whether ECO mode is advisable. They can also be displayed (permanently or on request, in the first limit indicator dial 22 for example) in order to help the pilot position himself in the power range 100 most suited to ECO mode for example (the following ranges respectively illustrating a possibly possible power range 102 and a prohibited power range 104).
  • the pilot thus has a forecast display of engine parameters if ECO mode was activated. It can thus anticipate the margin in available power compared to the maximum power available in ECO mode and the gain in fuel consumption compared to operation with all engines.
  • This indicator can be associated with several parameters (NI, TC, torque, power, etc.).
  • ECO mode when ECO mode is active, the motors and the entire electrical system dedicated to the reactivation of the standby motor are monitored in order to initiate the reactivation of the standby motor if this proves necessary.
  • the flight computer can thus continuously monitor the complete state of the engines and the electrical system, and can in particular determine in real time whether conditions for maintaining ECO mode are met. If a failure or loss of power of the active motor is detected, the standby motor is then reactivated.
  • the previous authorization to enter ECO mode is not necessarily subject to the same conditions, and is therefore not necessarily calculated in the same way, as the authorization to remain in ECO mode (or any request to exit ECO mode).
  • the standby motor will be reactivated (thus leading to an exit from ECO mode) if at least one of the following conditions for maintaining ECO mode becomes false, namely:
  • the power supplied by the active motor is less than a determined maximum power, typically the PMC,
  • the altitude H is greater than a minimum value allowing a transient autorotation phase during reactivation of the standby motor in the event of failure of the active motor (safety criterion), typically Alt>300m,
  • acceleration limits being essentially a protection limit against pumping, an acceleration limit of the gas generator, or a fuel flow greater than or equal to a maximum flow rate, typically 500 kg/h.
  • the oil temperature Th is greater than a determined temperature threshold making it possible to ensure rapid reactivation of the engine in standby mode, typically Th > 5°C,
  • the fuel temperature Tcarb is greater than a determined temperature threshold making it possible to ensure rapid reactivation of the engine in standby mode, typically Tcarb > 5°C, and
  • the engine placed in ECO mode will exit ECO mode.
  • This type of failure is considered critical for the operation of ECO mode.
  • the criticality of the failure or failures has an influence on exiting ECO mode.
  • the presence of a single fault preventing the correct operation of ECO mode causes exit from ECO mode.
  • the ECO mode is preferably maintained. For example, if there is a fault in the flight recording system, this will not constitute an obstacle to continuation in ECO mode.
  • the ECO mode when there is a breakdown in the system for measuring the rotation speed of a free turbine of the active engine, the ECO mode will preferably not be retained and we will not wait for the presence of a new failure to exit ECO mode. In fact, such a breakdown can cause damage to the motor which remains active.
  • ECO mode active ECO mode, ECO mode authorized, ECO mode interrupted
  • indications relating to a transition to the phase Eve can be issued so as to inform the pilot about the use of the ECO mode (active ECO mode, ECO mode authorized, ECO mode interrupted), such as indications relating to a transition to the phase Eve ; and/or a motor on standby; and/or a reactivation in progress (and the type of reactivation); and/or an interruption of reactivation.

Landscapes

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Abstract

Système d'aide au pilotage d'un aéronef à voilure tournante (10), comportant deux moteurs dont un premier moteur est mis en veille pour assurer un fonctionnement en mode d'économie de carburant dit ECO, le deuxième moteur demeurant actif dans ledit mode ECO, système dans lequel, pour permettre l'activation par un pilote du mode ECO, un calculateur de vol (20) est configuré pour vérifier en temps réel la réalisation des conditions d'autorisation d'entrée en mode ECO suivantes : la somme des puissances fournies par les moteurs est inférieure à une puissance maximale continue, la vitesse de rotation N2 d'une turbine libre du deuxième moteur est supérieure à un seuil de vitesse déterminé qui est compris entre 80% et 90% de la vitesse maximale du moteur, l'altitude de l'aéronef est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d'autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif, et il n'existe aucune panne critique.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé et système d'aide au pilotage dans un mode d'économie de carburant d'un aéronef à voilure tournante
Domaine Technique
La présente invention concerne le domaine de l'aide au pilotage d'aéronefs à voilure tournante, notamment des hélicoptères ou des drones, et elle se réfère plus particulièrement à un mode d'économie de carburant ou « mode ECO » consistant à mettre un des deux moteurs d'un aéronef bimoteur, par exemple en mode de veille (ou « stand-by state ») lors des phases de croisière ou de vol d'attente et de recherche (ou « loitering »), afin de réaliser des économies de carburant.
Technique antérieure
Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers Etats. En particulier, une norme ambitieuse s'applique à la fois aux nouveaux types d'avions mais aussi ceux actuellement en circulation nécessitant de devoir mettre en oeuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L'aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d'améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactants dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l'environnement et dont l'intégration et l'utilisation dans l'aviation civile ont des impacts environnementaux modérés dans un but d'amélioration de l’efficacité énergétique des avions. Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son impact climatique par l'emploi de méthodes et l'exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité.
Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d'avion, l'allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l'emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et enfin les biocarburants aéronautiques.
Dans ce cadre, il est connu pour les aéronefs bimoteur de recourir à une utilisation des moteurs en mode d'économie de carburant dit mode ECO, qu'il soit réalisé chambre de combustion du moteur allumée ou éteinte, lors des phases de croisière ou de « loitering ». Dans un tel mode, par exemple utilisable dans des aéronefs bimoteurs à voilure tournante, l'un des deux moteurs de l'aéronef est placé en mode de veille.
Or, mal utilisé, ce mode de fonctionnement peut entraîner une usure prématurée du moteur fournissant la puissance pendant l'utilisation en mode ECO, c'est-à-dire de celui des deux moteurs qui reste actif.
Pour des raisons de sécurité, une autorisation puis un maintien du mode ECO sont nécessaires et impliquent d'effectuer un test de sécurité (ou « Safety Check ») pour déterminer la valeur des paramètres moteur et vérifier ensuite si ces paramètres moteur sont dans des plages de fonctionnement adéquates pour engager puis maintenir le mode ECO.
Toutefois, la réalisation d'un tel test de sécurité prend un certain temps et s'avère donc particulièrement contraignante pour le pilote qui doit alors manoeuvrer l'aéronef pour stabiliser les régimes et la thermique du moteur.
Exposé de l'invention
La présente invention a donc pour objet un procédé d'aide au pilotage qui pallie les inconvénients précités et permet une utilisation optimale du mode ECO de sorte à réaliser des économies de carburant. L'invention vise également à assurer que le mode ECO soit utilisable en toute sécurité. Ces buts sont atteints par un procédé d'aide au pilotage d'un aéronef à voilure tournante, comportant deux moteurs dont un premier moteur est mis en veille pour assurer un fonctionnement de l'aéronef en mode d'économie de carburant dit mode ECO, le deuxième moteur demeurant actif dans ledit mode ECO, le procédé étant caractérisé en ce que pour permettre l'activation par un pilote du mode ECO, un calculateur de vol de l'aéronef vérifie en temps réel la réalisation des conditions d'autorisation d'entrée en mode ECO suivantes : la somme des puissances fournies par les moteurs est inférieure à une puissance maximale continue, la vitesse de rotation N2 d'une turbine libre du deuxième moteur est supérieure à un seuil de vitesse déterminé, l'altitude de l'aéronef est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d'autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif, et il n'existe aucune panne critique détectée.
De même, pour permettre la réactivation du premier moteur et donc sortir du mode ECO au moins une des conditions précédentes d'entrée en mode ECO ou l'une des conditions supplémentaires suivantes doit être fausse : aucune limite d'accélération n'est atteinte, la température d'huile Th est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d'assurer une réactivation rapide du moteur en veille, la température carburant Tcarb est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d'assurer une réactivation rapide du moteur en veille, et il n'y a pas de perte de puissance du moteur actif.
Ainsi, la valeur des régimes et les marges des paramètres moteurs en cas d'activation du mode ECO sont estimés directement à partir du modèle moteur implémenté dans le calculateur de vol, et leur mise à jour, comme leur affichage, peuvent donc être faits plus régulièrement et de manière transparente pour le pilote.
De préférence, les pannes critiques comprennent les pannes des données qui entravent le bon fonctionnement du moteur et/ou de ses équipements, les pannes des liaisons séries, les pannes du système électrique, les pannes entraînant la perte de la régulation du moteur, les pannes du système de régulation, les pannes du système hydraulique. Avantageusement, la réalisation ou non des conditions d'autorisation est affichée à un cadran indicateur comportant trois plages de puissance correspondant respectivement à la réalisation des conditions d'autorisation, à la réalisation éventuelle des conditions d'autorisation et à la non réalisation des conditions d'autorisation.
De préférence, la vitesse de rotation N2 de la turbine libre est supérieure à un seuil compris entre 80% et 90% de la vitesse maximale du moteur, le seuil de température d'huile ou de carburant est de 5°C et la valeur minimale de l'altitude minimale est égale à 300m.
L'invention concerne également le système d'aide au pilotage mettant en oeuvre le procédé précité, ainsi qu'un aéronef, de préférence un hélicoptère bimoteur, mettant en oeuvre un tel système d'aide au pilotage.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence à la figure unique qui en illustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif, et sur lequel :
[Fig. 1] La figure 1 illustre schématiquement un aéronef comprenant un système d'aide au pilotage en mode ECO selon un exemple de l'invention.
Description des modes de réalisation
Le principe de l'invention repose sur une détermination en temps réel par le calculateur de vol de l'aéronef de différents paramètres qui sont ensuite synthétisés pour mettre à disposition du pilote sur un écran du cockpit de l'aéronef (par exemple l'indicateur de première limite, ou FLI pour « First Limit Indicator ») une indication de pilotage lui indiquant si une entrée en mode d'économie de carburant (mode ECO) est autorisée ou non. De préférence, le pilote peut également disposer d'indicateurs pour savoir si un maintien de ce mode ECO est autorisé ou non, une fois ledit mode activé. Par exemple, si la durée de la phase de croisière est suffisante, typiquement au moins supérieure à 10 minutes, et que la puissance demandée pendant cette phase n'est pas trop élevée (correspondant à une température de contrôle moteur typiquement supérieure à 1400K) alors le pilote pourra engager le mode ECO sous réserve que les conditions d'autorisation définie par le calculateur de vol soient réunies.
Pour ce faire, tous les moteurs étant opérationnels et régulés classiquement sur leur consigne de vitesse et/ou de couple nominale, il convient que les paramètres de vol répondent aux conditions d'autorisation suivantes pour permettre l'activation du mode ECO :
- la somme P des puissances fournies par les moteurs est inférieure à la puissance maximale continue (PMC),
- la vitesse de rotation N2 de la turbine libre du moteur actif est supérieure à un seuil de vitesse déterminé (correspondant de préférence à un seuil compris entre 80% et 90 % de la vitesse maximale du moteur),
- l'altitude de l'aéronef H est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d'autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif (critère de sécurité), typiquement Alt>300m, et
- il n'existe pas de panne critique détectée (nonPa). Par pannes critiques, on entend les pannes de certaines données (NR c'est-à-dire vitesse de rotation du rotor, sélecteur, pression carburant) qui entravent le bon fonctionnement du moteur et/ou de ses équipements, les pannes des liaisons séries (intercalculateurs et calculateur - aéronef), les pannes du système électrique, les pannes des IGV, les pannes pouvant entraîner des effets sur le système de régulation (vitesse d'accélération / décélération limitée), les pannes du système hydraulique et toute autre panne entraînant la perte de la régulation du moteur.
Le fait d'avoir une vitesse de rotation N2 supérieure à un seuil qui est compris entre 80% et 90% de la vitesse maximale du moteur permet d'englober les phases de croisière ou de vol d'attente et les phases de circulation et de ralenti au sol de l'aéronef.
Autrement dit, une vitesse de de rotation N2 supérieure à 80% de la vitesse maximale du moteur permet d'assurer un fonctionnement de l'aéronef dans un mode d'économie de carburant, dit mode ECO, dans une phase de circulation et de ralenti au sol
De même, une vitesse de de rotation N2 supérieure à 90% de la vitesse maximale du moteur permet d'assurer un fonctionnement de l'aéronef dans un mode d'économie de carburant, dit mode ECO, dans une phase de croisière. Ces conditions d'autorisation d'entrée en mode ECO doivent être remplies de manière cumulative pour que l'activation du mode ECO soit permise. Pour l'entrée en mode ECO, le calculateur du moteur à mettre en veille réalise de préférence plusieurs vérifications. La première consiste à vérifier qu'une autorisation de l'avionique a été reçue.
Le calculateur réalise également des tests de cohérence afin de vérifier que la demande d'entrée en mode ECO a bien été formulée et d'éviter l'activation du mode ECO de manière intempestive. Le calculateur vérifie aussi l'absence d'une ou plusieurs pannes critiques. Ces pannes comprennent par exemple : les pannes pouvant affecter le fonctionnement du mode ECO, le fonctionnement des moteurs, ou le fonctionnement du système de réactivation du moteur qui sera mis en veille.
Une fois que toutes ces vérifications ont été réalisées et seulement si les conditions sont remplies, le premier moteur passe de préférence en mode ECO de manière progressive. Lors de l'entrée en mode ECO, la puissance du premier moteur est de préférence diminuée graduellement jusqu'à atteindre une puissance minimale. Le fonctionnement du premier moteur en puissance minimale est maintenu pendant un intervalle de temps compris par exemple entre 1 et 2 minutes. Ensuite, le démarreur est activé afin de vérifier le fonctionnement du mode ECO. Si celui-ci fonctionne correctement, le premier moteur est ensuite est mis en veille.
Comme l'illustre la figure 1, dans un aéronef 10, lorsque tous les moteurs sont opérationnels et régulés sur leur consigne nominale, le calculateur de vol 20 peut calculer la puissance que devrait fournir le moteur qui resterait actif en mode ECO (puissance estimée ECO). En outre, en additionnant la puissance fournie par chaque moteur et à l'aide d'un modèle moteur implanté dans le calculateur de vol, il est possible de déterminer quels seraient les paramètres moteur (NI, TC et couple) correspondant à cette puissance et le niveau d'endommagement du moteur restant actif.
Notamment, le modèle moteur implémenté dans le calculateur est utilisé pour évaluer en temps réel l'état de santé du deuxième moteur restant actif et pour déterminer en temps réel si le deuxième moteur restant actif en mode ECO est capable de fournir la puissance nécessaire à la poursuite du vol.
Toutes ces données peuvent être utilisées pour déterminer si l'entrée en mode ECO est autorisée ou non et si ce mode ECO est conseillé. Elles peuvent aussi être affichées (en permanence ou sur requête, dans le cadran indicateur de première limite 22 par exemple) dans le but d'aider le pilote à se positionner dans la plage de puissance 100 la plus adaptée au mode ECO par exemple (les plages suivantes illustrant respectivement une plage de puissance 102 éventuellement possible et une plage de puissance 104 interdite). Le pilote dispose ainsi d'une visualisation prévisionnelle des paramètres moteurs si le mode ECO était activé. Il peut ainsi anticiper la marge en puissance disponible par rapport à la puissance maximale disponible dans le mode ECO et le gain en consommation de carburant par rapport au fonctionnement avec tous les moteurs. Cet indicateur peut être associé à plusieurs paramètres (NI, TC, couple, puissance, ...).
De la même manière, lorsque le mode ECO est actif, les moteurs et l'ensemble du système électrique dédié à la réactivation du moteur en veille sont surveillés de manière à lancer la réactivation du moteur en veille si cela s'avère nécessaire. Le calculateur de vol peut ainsi réaliser en continu une surveillance de l'état complet des moteurs et du système électrique, et peut notamment déterminer en temps réel si des conditions de maintien en mode ECO sont réunies. Si une panne ou une perte de puissance du moteur actif est détectée, le moteur en veille est alors réactivé.
On notera que l'autorisation précédente d'entrée dans le mode ECO n'est pas nécessairement soumise aux mêmes conditions, et n'est donc pas nécessairement calculée de la même manière, que l'autorisation de rester en mode ECO (ou toute demande de sortie du mode ECO). Par exemple, le moteur en veille sera réactivé (entraînant donc une sortie du mode ECO) si au moins l'une des conditions suivantes de maintien du mode ECO devient fausse, à savoir:
- la puissance fournie par le moteur actif est inférieure à une puissance maximale déterminée, typiquement la PMC,
- la vitesse de rotation N2 de la turbine libre du moteur actif est supérieure à un seuil de vitesse déterminé,
- l'altitude H est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d'autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif (critère de sécurité), typiquement Alt>300m,
- il n'existe pas de panne critique détectée (nonPa),
- aucune limite d'accélération n'est atteinte, ces limites d'accélération étant essentiellement une limite de protection contre le pompage, une limite d'accélération du générateur de gaz, ou un débit carburant supérieur ou égal à un débit maximal, typiquement 500 kg/h.
- la température d'huile Th est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d'assurer une réactivation rapide du moteur en veille, typiquement Th > 5 °C,
- la température carburant Tcarb est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d'assurer une réactivation rapide du moteur en veille, typiquement Tcarb > 5 °C, et
- il n'y a pas de perte de puissance du moteur actif.
Lorsque l'appareil est en mode ECO et qu'une panne est détectée, si la panne détectée empêche ou risque de bloquer le bon fonctionnement du mode ECO, le moteur mis en mode ECO sortira du mode ECO. Ce type de panne est considéré comme critique pour le fonctionnement du mode ECO. Ainsi, la criticité de la panne ou des pannes a une influence sur la sortie du mode ECO. La présence d'une seule panne empêchant le bon fonctionnement du mode ECO provoque la sortie du mode ECO. Cependant, si la panne détectée n'affecte pas ou ne risque pas d'affecter le fonctionnement du mode ECO, ni la disponibilité de puissance du moteur demeurant actif, le mode ECO est de préférence maintenu. Par exemple, lors de la présence d'une panne dans le système d'enregistrement en vol, celle-ci ne constituera pas un obstacle pour la poursuite en mode ECO. Par contre, lors de la présence d'une panne dans le système de mesure de la vitesse de rotation d'une turbine libre du moteur actif, le mode ECO ne sera de préférence pas conservé et on n'attendra pas la présence d'une nouvelle panne pour sortir du mode ECO. En effet, une telle panne peut provoquer un endommagement du moteur demeurant actif.
On notera également que plusieurs indications relatives au mode ECO peuvent être émises de manière à renseigner le pilote sur l'utilisation du mode ECO (mode ECO actif, mode ECO autorisé, mode ECO interrompu), comme des indications relatives à une transition vers la phase de veille ; et/ou à un moteur en veille ; et/ou à une réactivation en cours (et le type de réactivation) ; et/ou à une interruption de la réactivation.
On notera que s'il a été fait référence essentiellement aux applications classiques bimoteurs, l'invention trouve naturellement application aux moteurs multiples comme en matière de drones où une recommandation d'utilisation des moteurs pourrait aussi être apportée au pilote ou au système de pilotage.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé d'aide au pilotage d'un aéronef à voilure tournante (10), comportant deux moteurs dont un premier moteur est mis en veille pour assurer un fonctionnement de l'aéronef dans un mode d'économie de carburant, dit mode ECO, le deuxième moteur demeurant actif dans ledit mode ECO, le procédé étant caractérisé en ce que pour permettre l'activation par un pilote du mode ECO, un calculateur de vol (20) de l'aéronef vérifie en temps réel la réalisation des conditions d'autorisation d'entrée en mode ECO suivantes :
- la somme des puissances fournies par les moteurs est inférieure à une puissance maximale continue,
- la vitesse de rotation N2 d'une turbine libre du deuxième moteur est supérieure à un seuil de vitesse déterminé qui est compris entre 80% et 90% de la vitesse maximale du moteur,
- l'altitude de l'aéronef est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d'autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif,
- et il n'existe aucune panne critique détectée.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour permettre la réactivation du premier moteur et donc sortir du mode ECO, au moins une des conditions précédentes d'entrée en mode ECO ou l'une des conditions supplémentaires suivantes doit être fausse :
- aucune limite d'accélération n'est atteinte,
- la température d'huile Th est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d'assurer une réactivation rapide du moteur en veille,
- la température carburant Tcarb est supérieure à un seuil de température déterminé permettant d'assurer une réactivation rapide du moteur en veille,
- et il n'y a pas de perte de puissance du moteur actif.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, dans lequel le seuil de température d'huile ou de carburant est de 5 °C.
[Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les pannes critiques comprennent les pannes des données qui entravent le bon fonctionnement du moteur et/ou de ses équipements, les pannes des liaisons séries, les pannes du système électrique, les pannes entraînant la perte de la régulation du moteur, les pannes du système de régulation, les pannes du système hydraulique.
[Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la réalisation ou non des conditions d'autorisation est affichée à un cadran indicateur (22) comportant trois plages de puissance (100, 102, 104) correspondant respectivement à la réalisation des conditions d'autorisation, à la réalisation éventuelle des conditions d'autorisation et à la non réalisation des conditions d'autorisation.
[Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la valeur minimale de l'altitude est égale à 300m.
[Revendication 7] Système d'aide au pilotage d'un aéronef à voilure tournante (10), comportant deux moteurs dont un premier moteur est mis en veille pour assurer un fonctionnement en mode d'économie de carburant dit mode ECO, le deuxième moteur demeurant actif dans ledit mode ECO, caractérisé en ce que pour permettre l'activation par un pilote du mode ECO, il comprend un calculateur de vol (20) configuré pour vérifier en temps réel la réalisation des conditions d'autorisation d'entrée en mode ECO suivantes : la somme des puissances fournies par les moteurs est inférieure à une puissance maximale continue, la vitesse de rotation N2 d'une turbine libre du deuxième moteur est supérieure à un seuil de vitesse déterminé qui est compris entre 80% et 90% de la vitesse maximale du moteur, l'altitude de l'aéronef est supérieure à une valeur minimale permettant une phase transitoire d'autorotation pendant la réactivation du moteur en veille en cas de panne du moteur actif, et il n'existe aucune panne critique détectée.
[Revendication 8] Système selon la revendication 7, comprenant en outre un cadran indicateur (22) relié au calculateur de vol et configuré pour afficher selon trois plages de puissance (100, 102, 104) respectivement la réalisation des conditions d'autorisation, la réalisation éventuelle des conditions d'autorisation et la non réalisation des conditions d'autorisation.
[Revendication 9] Aéronef (10), de préférence un hélicoptère bimoteur, comprenant un système d'aide au pilotage conforme à l'une quelconque des revendications 7 ou 8.
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