FR2688314A1

FR2688314A1 - Method and device for measuring air speed with respect to a helicopter

Info

Publication number: FR2688314A1
Application number: FR9202639A
Authority: FR
Inventors: Durand Bernard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-09-10
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: FR2688314B1

Abstract

The invention relates to the field of rotorcraft. Its subject is a method for determining the substantially vertical component of the air speed relative to the aircraft on the basis of data obtained by conventional on-board measurement means. Application to preventing vortices and determining the component of the air speed of the aircraft substantially perpendicular to the plane of the blades.

Description

La présente invention concerne le domaine des aérodynes à voilure tournante. Elle a pour objet un procédé de détermination de la composante sensiblement verticale de la vitesse de l'air relative à l'aérodyne à partir de données obtenues par des moyens de mesure embarqués classiques. The present invention relates to the field of rotary wing aerodynes. It relates to a method for determining the substantially vertical component of the air speed relative to the aerodyne from data obtained by conventional on-board measurement means.

Les aérodynes à voilure tournante, appelés dans la suite hélicoptères , sont conçus pour évoluer aussi bien à vitesse élevée qu'à basse vitesse . Or, dans ce dernier cas, la vitesse de l'aérodyne est fortement influencée par la vitesse absolue de l'air qui l'environne. Ainsi, en l'absence de vent, la vitesse de l'hélicoptère par rapport à l'air, que l'on appelera dans la suite vitesse-air et que l'on notera
VA, est la même que celle par rapport au sol, appelée vitessesol et notée VS . En présence de vent, la vitesse-sol est égale à la somme de la vitesse-air VA et de la vitesse W du vent et il s'avère nécessaire, pour des questions de sécurité et notamment d'équilibre de l'hélicoptère, de connaître la vitesse-air VA ainsi que la vitesse W du vent avec une précision suffisante
Dans le but de déterminer la vitesse-air VA, le brevet FR 2 567 270 décrit un dispositif, simple et peu coûteux, permettant de déterminer les deux composantes VAx et
VAy de la vitesse-air d'un hélicoptère dans le plan des pales.Rotary wing aerodynes, hereinafter called helicopters, are designed to operate both at high speed and at low speed. However, in the latter case, the speed of the aerodyne is strongly influenced by the absolute speed of the air which surrounds it. Thus, in the absence of wind, the speed of the helicopter relative to the air, which will be called speed-air below and which will be noted
VA, is the same as that with respect to the ground, called Vitesseol and denoted VS. In the presence of wind, the ground speed is equal to the sum of the air speed VA and the wind speed W and it turns out to be necessary, for safety reasons and in particular the balance of the helicopter, know the air speed VA as well as the wind speed W with sufficient accuracy
In order to determine the air speed VA, the patent FR 2 567 270 describes a device, simple and inexpensive, making it possible to determine the two components VAx and
VAy of the air speed of a helicopter in the plane of the blades.

Les composantes de la vitesse dans ce plan, soit VAx la composante longitudinale et VAy la composante latérale sont calculées à partir des informations mesurées suivantes: - le pas cyclique longitudinal Px - le pas cyclique latéral Py - l'accélération longitudinale rx - l'accélération latérale ry
Cependant, dans certaines situations, la connaissance de ces deux composantes de la vitesse-air VA n'est pas suffisante. Ainsi, aux abords des flancs de montagnes affectées de vent, le vecteur vitesse de l'air V, aussi appelé "vecteur vitesse de l'air à l'infini amont" possède une composante verticale non négligeable . Lorsqu' un hélicoptère s'approche d'une montagne il est soumis à cette composante qui est ascensionnelle sur l'un des flancs et qui s'inverse une fois le sommet passé. Or, dans le cas d'une mission de dépose d'une charge sur le flanc d'une montagne, l'opération est réalisée en vol stationnaire par rapport au sol c'est à-dire à une vitesse-sol nulle, le vecteur vitesse-air VA étant donc égal et opposé au vecteur vitesse V de l'air à l'infini amont.The components of the speed in this plane, ie VAx the longitudinal component and VAy the lateral component are calculated from the following measured information: - the longitudinal cyclic step Px - the lateral cyclic step Py - the longitudinal acceleration rx - the acceleration lateral ry
However, in certain situations, knowledge of these two components of the air speed VA is not sufficient. Thus, near the flanks of mountains affected by wind, the air speed vector V, also called "upstream infinite air speed vector" has a significant vertical component. When a helicopter approaches a mountain, it is subjected to this component which is ascending on one of the sides and which reverses once the summit has passed. However, in the case of a mission of depositing a load on the side of a mountain, the operation is carried out in hovering with respect to the ground, that is to say at zero ground speed, the vector speed-air VA being therefore equal and opposite to the speed vector V of air at the upstream infinity.

Lorsque le vent est ascensionnel, on considère, du point de vue de la mécanique de vol, que l'hélicoptère est en descente aérodynamique et dans cette situation, comme dans celle d'une descente classique, des phénomènes de vortex se produisent dès que la vitesse-air de descente dépasse un certain seuil ; ils sont fatals pour un hélicoptère à faible altitude. Afin d'éviter ce type d'accident, il est donc nécessaire de connaître en temps réel et avec une précision suffisante la composante verticale de la vitesse-air
La mesure directe de la vitesse-air selon sa composante verticale VAz ou sensiblement verticale dans le cas d'un repère de référence lié aux pales et au rotor de l'hélicoptère, présente, à ce jour, une difficulté incontournable à un faible coût. En effet, la rotation des pales produit un flux d'air qui interfère et modifie profondément la nature du flux de l'air infini amont . Ainsi,
V étant le vecteur vitesse de l'air à l'infini amont, la rotation des pales accélère l'air et le vecteur vitesse de l'air ainsi modifié devient V1 dans le plan des pales puis V2 en aval des pales.When the wind is ascending, it is considered, from the point of view of flight mechanics, that the helicopter is in aerodynamic descent and in this situation, as in that of a classic descent, vortex phenomena occur as soon as the descent air speed exceeds a certain threshold; they are fatal for a helicopter at low altitude. In order to avoid this type of accident, it is therefore necessary to know in real time and with sufficient precision the vertical component of air speed
Direct measurement of the air speed according to its vertical component VAz or substantially vertical in the case of a reference frame linked to the blades and to the rotor of the helicopter, presents, to date, an unavoidable difficulty at a low cost. Indeed, the rotation of the blades produces an air flow which interferes and profoundly modifies the nature of the upstream infinite air flow. So,
V being the upstream infinite air speed vector, the rotation of the blades accelerates the air and the air speed vector thus modified becomes V1 in the plane of the blades then V2 downstream of the blades.

La présente invention vise à remédier à ces difficultés . The present invention aims to remedy these difficulties.

Le premier but de l'invention est de proposer un procédé permettant de déterminer simplement, à un faible coût et à partir des informations classiquement disponibles à bord d'un hélicoptère, la valeur dans le plan des pales de la composante, sensiblement perpendiculaire au plan des pales, de la vitesse de l'air
Un autre but de l'invention est de fournir au pilote, dans le cas d'un vol en descente dans un repère terrestre ou d'un vol en descente aérodynamique et à partir de la valeur dans le plan des pales de la composante sensiblement perpendiculaire au plan des pales de la vitesse de l'air, une information suffisante pour éviter de voler dans des conditions dans lesquelles apparaissent les anomalies d'écoulement connues sous le nom de vortex.The first object of the invention is to propose a method making it possible to determine simply, at low cost and from the information conventionally available on board a helicopter, the value in the plane of the blades of the component, substantially perpendicular to the plane. blades, air speed
Another object of the invention is to provide the pilot, in the case of a descent flight in a terrestrial reference frame or of an aerodynamic descent flight and from the value in the plane of the blades of the substantially perpendicular component in terms of the air speed blades, sufficient information to avoid flying in conditions in which the flow anomalies known as the vortex appear.

Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif d'aide au pilotage, notamment lors d'un vol proche du vol stationnaire et dans le cas où la composante verticale de la vitesse de l'air à l'infini amont n'est pas négligeable, permettant de déterminer la composante sensiblement verticale VAz de la vitesse-air VA. Another object of the present invention is to provide a method and a device for piloting assistance, in particular during a flight close to hovering and in the case where the vertical component of the air speed at infinity upstream is not negligible, making it possible to determine the substantially vertical component VAz of the air speed VA.

Un autre objet de la présente invention est l'application du procédé et du dispositif correspondant ainsi définis au domaine de la visualisation synthétique et/ou de la balistique afin d'améliorer les performances, notamment au niveau de la précision de tir
Selon l'invention, un procédé permettant de déterminer la valeur dans le plan des pales de la composante sensiblement perpendiculaire au plan des pales de la vitesse de l'air d' un hélicoptère comportant au moins un rotor de sustentation et une commande du pas collectif, est remarquable en ce qu'il consiste au préalable à déterminer par étalonnage la ' valeur d'une constante KI caractéristique du type d'hélicoptère, puis, connaissant la masse M de l'hélicoptère, à mesurer les valeurs du pas collectif DT, du facteur de charge n, de la pression P et la température, T de l'air ainsi que de la vitesse de rotation N du rotor, puis à calculer la valeur dans le plan des pales de la composante sensiblement perpendiculaire au plan des pales de la vitesse de l'air de l'hélicoptère à partir de la relation suivante
Vlz = k.N. tg[ DT - ( KI.M.n.T /( P.N2))1
Selon une caractéristique permettant d'améliorer la sécurité de pilotage dans le cas d'un vol en descente aérodynamique ou non, le procédé selon l'invention est complété par une étape consistant à calculer la valeur du rapport Vlz/VlzO , où VlzO , étant la composante sensiblement verticale de la vitesse de l'air au niveau des pales en volair nul, est donnée par la relation
VîzO = t( M . n . g. T)/(2.P.S. o To/Po)]1/2 où g est l'accélération de la pesanteur,
S la surface du disque rotor,
est la masse volumique de l'air à la pression PO (1 atmosphère) et à la température To (288 K), puis à informer le pilote de cette valeur
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le procédé selon l'invention est complété par un procédé du type connu de détermination des composantes de la vitesse-air de l'hélicoptère, le procédé résultant permettant de déterminer la valeur de la composante sensiblement perpendiculaire au plan des pales de la vitesse-air de l'hélicoptère
Selon l'invention, un dispositif permettant de déterminer la valeur dans le plan des pales de la composante sensiblement perpendiculaire au plan des pales de la vitesse de l'air d'un hélicoptère comportant au moins un rotor de sustentation et une commande du pas collectif et des moyens de visualisation d'informations, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination par étalonnage des constantes k et KI caractéristiques de l'hélicoptère , des moyens de mesure des valeurs du pas collectif DT, du facteur de charge n, de la pression P et la température T de l'air et de la vitesse de rotation N du rotor ainsi , ainsi que des moyens de calcul de la composante Vlz sensiblement parallèle à l'axe du rotor de la vitesse de l'air à partir de ces valeurs, de la connaissance de la masse M de l'hélicoptère et de la relation suivante:
Vlz = k.N.tg[ DT - ( KI . M..n . T /( P . N2 ))]
D'autres particularités de l'invention, ainsi qu'un mode de réalisation d'une variante avantageuse du procédé de l'invention apparaîtront dans le complément de description qui va suivre, accompagné des planches de dessins parmi lesquelles:
- les figures la et lb présentent le trièdre de référence
- la figure 2 illustre un mode de réalisation de la variante avantageuse du dispositif selon l'invention.Another object of the present invention is the application of the method and the corresponding device thus defined in the field of synthetic visualization and / or ballistics in order to improve performance, in particular in terms of shooting accuracy.
According to the invention, a method making it possible to determine the value in the plane of the blades of the component substantially perpendicular to the plane of the blades of the air speed of a helicopter comprising at least one lift rotor and a collective pitch control , is remarkable in that it consists beforehand in determining by calibration the 'value of a constant KI characteristic of the type of helicopter, then, knowing the mass M of the helicopter, in measuring the values of the collective pitch DT, of the load factor n, of the pressure P and the temperature, T of the air as well as of the speed of rotation N of the rotor, then in calculating the value in the plane of the blades of the component substantially perpendicular to the plane of the blades of helicopter air speed from the following relationship
Vlz = kN tg [DT - (KI.MnT / (P.N2)) 1
According to a characteristic making it possible to improve piloting safety in the case of a flight in aerodynamic descent or not, the method according to the invention is completed by a step consisting in calculating the value of the ratio Vlz / VlzO, where VlzO, the substantially vertical component of the air speed at the blades in zero volair, is given by the relation
VîzO = t (M. N. G. T) / (2.PS o To / Po)] 1/2 where g is the acceleration of gravity,
S the surface of the rotor disc,
is the density of the air at pressure PO (1 atmosphere) and at temperature To (288 K), then inform the pilot of this value
According to an advantageous characteristic of the invention, the method according to the invention is supplemented by a method of the known type for determining the components of the air speed of the helicopter, the resulting method making it possible to determine the value of the substantially perpendicular component. in plane of the airspeed blades of the helicopter
According to the invention, a device making it possible to determine the value in the plane of the blades of the component substantially perpendicular to the plane of the blades of the air speed of a helicopter comprising at least one lift rotor and a collective pitch control and information display means, is characterized in that it includes means for determining by calibration the constants k and KI characteristic of the helicopter, means for measuring the values of the collective pitch DT, of the load factor n , of the pressure P and the temperature T of the air and of the speed of rotation N of the rotor as well, as well as of means for calculating the component Vlz substantially parallel to the axis of the rotor of the air speed at from these values, from the knowledge of the mass M of the helicopter and from the following relationship:
Vlz = kNtg [DT - (KI. M..n. T / (P. N2))]
Other particularities of the invention, as well as an embodiment of an advantageous variant of the method of the invention will appear in the additional description which follows, accompanied by plates of drawings among which:
- Figures la and lb show the reference trihedron
- Figure 2 illustrates an embodiment of the advantageous variant of the device according to the invention.

Les figures 1 présentent le trièdre de référence choisi dans le cadre de la description. C'est un trièdre orthonormé. Il est lié au plan de rotation des pales PR, ce dernier n'étant qu'une fiction géométrique qui ne correspond que superficiellement à la surface déformable décrite par les pales qui sont flexibles et souples. Il ne convient donc pas de donner une rigueur mathématique à l'expression "plan des pales " mais seulement une valeur indicative approximative
Soit R le point situé à l'intersection de l'axe du rotor et du plan de rotation des pales. Le trièdre orthonormé est constitué des demi-axes RX et RY, tous deux situés dans le plan des pales et exposés sur la figure lb et du demi-axe RZ
perpendiculaire à ce dernier présent sur la figure la. Il est à noter que toute variation de plus ou moins 10 degrés de l'angle entre le plan des pales et l'axe RZ n'affecte en rien les résultats de l'invention.Figures 1 show the reference trihedron chosen in the context of the description. It is an orthonormal trihedron. It is linked to the plane of rotation of the blades PR, the latter being only a geometric fiction which corresponds only superficially to the deformable surface described by the blades which are flexible and flexible. It is therefore not appropriate to give a mathematical rigor to the expression "plane of the blades" but only an approximate indicative value
Let R be the point located at the intersection of the rotor axis and the plane of rotation of the blades. The orthonormal trihedron consists of the half-axes RX and RY, both located in the plane of the blades and exposed in FIG. 1b and of the half-axis RZ
perpendicular to the latter present in Figure la. It should be noted that any variation of plus or minus 10 degrees in the angle between the plane of the blades and the axis RZ in no way affects the results of the invention.

Les trois commandes usuelles du rotor d'un aérodyne à voilure tournante sont les suivantes: - la commande de pas cyclique longitudinal - la commande de pas cyclique latéral - la commande de pas collectif aussi appelée pas général. The three usual commands for the rotor of a rotary wing aerodyne are as follows: - the longitudinal cyclic step command - the lateral cyclic step command - the collective step command also called general step.

Dans le cadre de l'invention il a été considéré, dans l'objectif de stabiliser les conditions de vol aérodynamique d'un hélicoptère, que les modifications des trois commandes habituelles du rotor rappelées précédemment étaient imposées non par le pilote mais par le vecteur vitesse-air observé depuis des références liées invariablement au plan de rotation des pales de ce rotor c'est-à-dire au trièdre de référence. In the context of the invention it has been considered, with the aim of stabilizing the aerodynamic flight conditions of a helicopter, that the modifications to the three usual rotor controls recalled above were imposed not by the pilot but by the speed vector -air observed from references invariably linked to the plane of rotation of the blades of this rotor, that is to say to the reference trihedron.

Ainsi: - le pas collectif est représentatif de la composante VAz du vecteur vitesse-air VA selon l'axe RZ - le pas cyclique longitudinal est représentatif de la composante VAx du vecteur-air VA selon l'axe RX - le pas cyclique latéral est représentatif de la composante
VAy du vecteur vitesse-air VA selon l'axe RY
Il a ensuite été considéré que la valeur du pas collectif DT était la somme de deux valeurs, l'une appelée l'incidence moyenne des pales IM et l'autre l'angle induit moyen AM.Thus: - the collective step is representative of the component VAz of the speed-air vector VA along the axis RZ - the longitudinal cyclic step is representative of the component VAx of the vector-air VA along the axis RX - the lateral cyclic step is representative of the component
VAy of the speed-air vector VA along the axis RY
It was then considered that the value of the collective pitch DT was the sum of two values, one called the mean incidence of the blades IM and the other the mean induced angle AM.

DT = IM+AM (1)
L'incidence moyenne d'une pale est l'incidence que devrait avoir une pale théorique dont la surface serait concentrée à la distance RQ du moyeu et qui développerait une force de portance égale au poids apparent de l'hélicoptère divisé par le nombre de pales. RQ est une valeur de l'ordre de 0,7 fois la distance Rp séparant le centre du moyen de l'extrémité de la pale. La valeur RQ peut être affinée par étalonnage. La distance Rp sera appelé rayon des pales dans la suite du texte.DT = IM + AM (1)
The average incidence of a blade is the incidence that should have a theoretical blade whose surface would be concentrated at the distance RQ from the hub and which would develop a lift force equal to the apparent weight of the helicopter divided by the number of blades . RQ is a value of the order of 0.7 times the distance Rp separating the center of the means from the end of the blade. The RQ value can be refined by calibration. The distance Rp will be called the radius of the blades in the rest of the text.

La valeur de cette incidence moyenne peut être exprimée d'une manière biunivoque par la relation suivante
IM = KI . M . n . T / ( P . N2 . f(mu) ) (2) ou
M est la masse de l'aérodyne n est le facteur de charge
T est la température de l'air
P est la pression de l'air
N est la fréquence de rotation du rotor mu est le paramètre d'avancement du rotor : il est défini par la relation suivante: mu= VA/(2.T.N) et f(mu) est une fonction connue; f(mu) est sensiblement égal à l'unité dans le domaine des faibles vitesses de vol VA.The value of this average incidence can be expressed in a one-to-one manner by the following relation
IM = KI. M. not . T / (P. N2. F (mu)) (2) or
M is the mass of the aerodyne n is the load factor
T is the air temperature
P is the air pressure
N is the frequency of rotation of the rotor mu is the parameter for advancing the rotor: it is defined by the following relation: mu = VA / (2.TN) and f (mu) is a known function; f (mu) is substantially equal to unity in the field of low flight speeds VA.

KI est un coefficient déterminé par étalonnage.KI is a coefficient determined by calibration.

L'angle moyen induit AM est défini comme l'angle dont la tangente trigonométrique vaut Vlz / ( 27r N . RQ
où:
Vlz est la composante , selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan de rotation des pales, de la vitesse de l'air dans le plan des pales.The induced average angle AM is defined as the angle whose trigonometric tangent is Vlz / (27r N. RQ
or:
Vlz is the component, in a direction substantially perpendicular to the plane of rotation of the blades, of the air speed in the plane of the blades.

AM est donc défini par la relation suivante:
AM = arc tg (Vlz /( 2n . N . RQ )) (3)
Il s'ensuit des relations (l),(2) et (3) que la composante
Vlz de la vitesse de l'air au niveau des pales a pour expression:
Vlz = 2v . N . RQ . tg (DT-IM) soit
Vlz = 2ir.N.RQ.tg[DT-(Kl.M.n.T)/(P.N2.f(mu))] (4)
Lorsque l'angle DT-IM est petit, ce qui est généralement le cas, la tangente trigonométrique est assimilable à l'angle en radian et l'expression (4) devient
Vlz air . N . RQ . ( DT - IM ) (4bis)
Dans la suite du texte, seule l'expression suivante, valable dans le domaine des faibles vitesses VA dans lequel f(mu) peut être pris égal à l'unité, et pour laquelle RQ est pris égal à (0,7.Rp), sera retenue
Vlz = l,47T.Rp . N . tg[ DT - KI.M.n.T/(P . N2)] (5) soit Viz = k.N.tg[ DT - KI.M.n.T/(P . N2)] (5 bis)
Tous les paramètres de cette équation étant connus ou mesurés et le pas collectif étant lui-même mesuré, la composante V1z du vecteur vitesse de l'air au niveau des pales peut donc être déterminée. AM is therefore defined by the following relation:
AM = arc tg (Vlz / (2n. N. RQ)) (3)
It follows from relations (l), (2) and (3) that the component
Vlz of the air speed at the blades has the expression:
Vlz = 2v. NOT . RQ. tg (DT-IM) or
Vlz = 2ir.N.RQ.tg [DT- (Kl.MnT) / (P.N2.f (mu))] (4)
When the angle DT-IM is small, which is generally the case, the trigonometric tangent is comparable to the angle in radian and the expression (4) becomes
Vlz air. NOT . RQ. (DT - IM) (4bis)
In the remainder of the text, only the following expression, valid in the domain of low speeds VA in which f (mu) can be taken equal to unity, and for which RQ is taken equal to (0.77Rp) , will be retained
Vlz = 1.47T.Rp. NOT . tg [DT - KI.MnT / (P. N2)] (5) or Viz = kNtg [DT - KI.MnT / (P. N2)] (5 bis)
All the parameters of this equation being known or measured and the collective pitch being itself measured, the component V1z of the air speed vector at the blades can therefore be determined.

Dans le cas d'un domaine de vol où l'angle DT-IM est petit et dans lequel la température et la pression de l'air ainsi que la vitesse de rotation du rotor sont constants, l'équation (5) est réduite à l'équation suivante:
Vlz = K1 . [ DT - K2] (6) où K1 et K2 sont des constantes . Dans ce cas, la composante
Vlz est uniquement fonction du pas collectif
Dans le cas particulier du vol à vitesse-air nulle la valeur dans le plan des pales de la composante sensiblement perpendiculaire au plan des pales de la vitesse de l'air peut s'exprimer sous la forme:
VîzO = [(M.n.g.T)/(2.P.S. 0.T0/P0)]112 soit
Vlz0 = [(M.n.g.T)/(2.P.S.kO)]1/2 (7) où g : est l'accélération de l'apesanteur VlzO : est la composante , selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan de rotation des pales, de la vitesse de l'air au niveau des pales dans le cas du vol à vitesse-air nulle,
est la masse volumique de l'air à la pression PO (1 atmosphère) et à la température To (288 K), ko = 0.T0/P0
Or, c'est à partir d'une valeur critique du rapport
Vlz/VlzO que se déclenchent les anomalies d'écoulement de l'air.In the case of a flight domain where the angle DT-IM is small and in which the temperature and the pressure of the air as well as the speed of rotation of the rotor are constant, equation (5) is reduced to the following equation:
Vlz = K1. [DT - K2] (6) where K1 and K2 are constants. In this case, the component
Vlz is only a function of the collective pitch
In the particular case of flight at zero air speed the value in the plane of the blades of the component substantially perpendicular to the plane of the blades of the air speed can be expressed in the form:
VîzO = [(MngT) / (2.PS 0.T0 / P0)] 112 either
Vlz0 = [(MngT) / (2.PSkO)] 1/2 (7) where g: is the acceleration of weightlessness VlzO: is the component, in a direction substantially perpendicular to the plane of rotation of the blades, of the air speed at the blades in the case of flight at zero air speed,
is the density of air at pressure PO (1 atmosphere) and at temperature To (288 K), ko = 0.T0 / P0
However, it is from a critical value of the ratio
Vlz / VlzO that the air flow anomalies are triggered.

Pour éviter ces dangers, il suffit donc de déterminer les valeurs Vlz et VlzO à partir des relations (5) et (7), de calculer leur rapport puis d'informer le pilote de la valeur de ce rapport afin qu'il agisse en conséquence et évite ainsi tout risque d'incident ou d'accident.To avoid these dangers, it is therefore sufficient to determine the values Vlz and VlzO from relations (5) and (7), to calculate their ratio then to inform the pilot of the value of this ratio so that he acts accordingly and thus avoids any risk of incident or accident.

Selon une variante avantageuse de l'invention, le procédé précédemment décrit est associé à un procédé connu permettant de déterminer les composantes horizontales VAx et
VAy de la vitesse-air de l'hélicoptère, et la composante VAz de la vitesse air de l'hélicoptère selon l'axe du rotor est calculée ou déterminée graphiquement à partir des valeurs de
Vlz, VAx et VAy et à l'aide d'un procédé connu des spécialistes . Dans le cas d'un vol aérodynamique vertical, les composantes VAx et VAy sont nulles et la composante VAz est donnée par la relation suivante:
VAz = 2 . (Vlz - VlzO) (8)
Le coefficient KI nécessaire au calcul de la composante Vlz peut s'exprimer théoriquement en fonction de la distance RQ, de constantes aérodynamiques et géométriques et de caractéristiques de l'air.According to an advantageous variant of the invention, the method described above is associated with a known method making it possible to determine the horizontal components VAx and
VAy of the helicopter air speed, and the component VAz of the helicopter air speed along the axis of the rotor is calculated or determined graphically from the values of
Vlz, VAx and VAy and using a method known to specialists. In the case of a vertical aerodynamic flight, the components VAx and VAy are zero and the component VAz is given by the following relation:
VAz = 2. (Vlz - VlzO) (8)
The coefficient KI necessary for the calculation of the component Vlz can be expressed theoretically as a function of the distance RQ, of aerodynamic and geometric constants and of the characteristics of the air.

Cependant la valeur du coefficient KI est pratiquement déterminée par étalonnage. L'une des méthodes d'étalonnage utilisables est la suivante. Elle consiste, dans une première étape, à reétalonner le pas collectif DT à la distance RQ prise égale à ( 0,7.Rp ), les capteurs de pas collectif couramment utilisés étant généralement étalonnés afin de donner une valeur du pas collectif en pied de pale. However, the value of the KI coefficient is practically determined by calibration. One of the calibration methods that can be used is as follows. It consists, in a first step, in recalibrating the collective pitch DT at the distance RQ taken equal to (0.7.Rp), the collective pitch sensors commonly used are generally calibrated in order to give a value of the collective pitch at the foot of blade.

La seconde étape consiste à régler la valeur KI. Pour cela, un vol stationnaire est réalisé prés du sol, mais hors effet de sol, et en l'absence de vent de façon à ce que les trois composantes VAx, VAy et VAz du vecteur vitesse-air soient nulles. Il suffit alors de modifier la valeur de KI, par un moyen analogique ou numérique, de façon à lire, en sortie, une valeur nulle de VAz.The second step is to set the KI value. For this, a hover is performed near the ground, but without ground effect, and in the absence of wind so that the three components VAx, VAy and VAz of the speed-air vector are zero. It then suffices to modify the value of KI, by analog or digital means, so as to read, at the output, a zero value of VAz.

Cette opération est valable même si les composantes
VAx et VAy ne sont pas nulles : il suffit que le calcul, qui fait passer de Vlz à VAz soit correctement effectué. Pour connaître la valeur de KI, il faut alors réaliser un nouvel essai lors duquel les vitesses VAx et VAy doivent être aussi faibles que possible puis à calculer KI à partir de la relation suivante KI=P.N2/(M.n.T).t[(M.n.g.T/(2.P.S)]1/2.1/(k.N)-DT] (6 bis)
Connaissant KI, la composante Vlz peut alors être calculée dans n'importe quelle condition normale de vol à partir de l'équation (4) et la composante VAz peut ensuite être calculée ou déterminée comme précédemment mentionnée. This operation is valid even if the components
VAx and VAy are not zero: it suffices that the calculation, which changes from Vlz to VAz, is correctly performed. To know the value of KI, it is then necessary to carry out a new test during which the speeds VAx and VAy must be as low as possible then to calculate KI from the following relation KI = P.N2 / (MnT) .t [( MngT / (2.PS)] 1 / 2.1 / (kN) -DT] (6 bis)
Knowing KI, the component Vlz can then be calculated in any normal flight condition from equation (4) and the component VAz can then be calculated or determined as previously mentioned.

La composante VAz du vecteur vitesse-air est particulièrement utile puisqu'elle permet ensuite de calculer le module du vecteur vitesse-air VA à l'infini amont à partir de ses trois composantes définies dans le repère RXYZ, ainsi que l'incidence AR du rotor c'est-à-dire l'angle entre le vecteur vitesse-air à l'infini VA et le plan de rotation des pales, aussi appelé incidence du rotor selon une terminologie classique. Les relations sont les suivantes:
VA = ( VAx2 + VAy2 + VAz2 )1/2 (9)
et
AR = arc tg[ VAz / ( VAx2 + VAy2 )1/2] (10)
La figure 2 montre un mode de réalisation de l'invention, correspondant à la variante avantageuse du procédé de l'invention précédemment décrite dans laquelle le dispositif de détermination des composantes VAx et VAy de la vitesse-air à l'infini est le dispositif décrit dans le brevet
FR 2 567 270.The VAz component of the speed-air vector is particularly useful since it then makes it possible to calculate the modulus of the speed-air vector VA at infinity upstream from its three components defined in the reference frame RXYZ, as well as the incidence AR of the rotor, that is to say the angle between the infinite speed-air vector VA and the plane of rotation of the blades, also called incidence of the rotor according to conventional terminology. The relationships are as follows:
VA = (VAx2 + VAy2 + VAz2) 1/2 (9)
and
AR = arc tg [VAz / (VAx2 + VAy2) 1/2] (10)
FIG. 2 shows an embodiment of the invention, corresponding to the advantageous variant of the method of the invention previously described in which the device for determining the components VAx and VAy of the air speed at infinity is the device described in the patent
FR 2,567,270.

Sur cette figure, l'hélicoptère présente un fuselage 1, dont seule la partie avant est représentée , qui est relié au rotor 2 comportant lui même un arbre 3 et des pales 4 . Un système de commande de variation cyclique de pas est essentiellement constitué d'un double plateau oscillant 5, soumis à l'action des bielles 6 , 7 et 23, l'une 6 appelée bielle de commande longitudinale et les deux autres étant appelées bielle de commande transversale ou latérale. Ces trois bielles sont manoeuvrées au moyen d'un manche de pilotage 8 qui possède deux degrés de liberté, l'un suivant le demi-axe RX et l'autre suivant le demi-axe RY et auquel est associé un ensemble de tringles 9. In this figure, the helicopter has a fuselage 1, of which only the front part is shown, which is connected to the rotor 2 itself comprising a shaft 3 and blades 4. A cyclic pitch variation control system essentially consists of a double swash plate 5, subjected to the action of the connecting rods 6, 7 and 23, one 6 called the longitudinal control rod and the other two being called the connecting rod transverse or lateral control. These three connecting rods are maneuvered by means of a control handle 8 which has two degrees of freedom, one along the half-axis RX and the other along the half-axis RY and with which a set of rods 9 is associated.

Le dispositif de mesure comprend trois chaînes principales , associées chacune à un axe du trièdre de référence. The measuring device comprises three main chains, each associated with an axis of the reference trihedron.

Les deux premières sensiblement identiques comportent chacune un détecteur de la position de commande cyclique du pas et un détecteur de l'accélération ; elles mesurent les valeurs longitudinales (détecteurs 10) ou transversales (détecteurs 11) de la position et de l'accélération. The first two substantially identical first each comprise a detector of the cyclic control position of the step and an acceleration detector; they measure the longitudinal (detectors 10) or transverse (detectors 11) values of the position and the acceleration.

La troisième comprend un détecteur classique 12 de la position de la commande du pas collectif. The third includes a conventional detector 12 of the position of the collective pitch control.

Des moyens de calcul 13 , en partie explicités dans le brevet FR 2 567 270, recueillent et interprètent les informations provenant des détecteurs 10 , 11 et 12 ainsi que celles nécessaires à la détermination de la vitesse-air à l'infini amont VA, soit:
P la pression de l'air
T la température de l'air
N la fréquence de rotation du rotor
M la masse de l'aérodyne n le facteur de charge
KI le coefficient déterminé par étalonnage tenant compte de la distance RQ et des constantes géométriques et aérodynamiques des pales.Calculation means 13, partly explained in patent FR 2 567 270, collect and interpret the information coming from the detectors 10, 11 and 12 as well as that necessary for the determination of the air speed at infinite upstream VA, i.e. :
P air pressure
T the air temperature
N the frequency of rotation of the rotor
M the mass of the aerodyne n the load factor
KI the coefficient determined by calibration taking into account the distance RQ and the geometrical and aerodynamic constants of the blades.

S est la surface du disque rotor c'est-à-dire la surface balayée par les pales en rotation.S is the surface of the rotor disk, that is to say the surface swept by the rotating blades.

Ces dernières valeurs sont soit connues en début de vol, soit mesurées par des détecteurs classiques non représentés sur la figure
Dans le cas où ce dispositif est utilisé dans un domaine de vol restreint, tous ces paramètres, excepté le pas collectif DT, sont pratiquement constants (le régime de rotation du rotor étant constant dans la plupart des cas).These latter values are either known at the start of the flight, or measured by conventional detectors not shown in the figure.
In the case where this device is used in a restricted flight range, all of these parameters, except the collective pitch DT, are practically constant (the rotational speed of the rotor being constant in most cases).

Le tableau de bord 15 affiche les informations nécessaires au pilotage.The dashboard 15 displays the information necessary for piloting.

L'hélicoptère tel que représenté sur la figure 2 est équipé d'un pilote automatique 14 mis en marche à partir d'un bouton d'alimentation situé sur le tableau de bord 15 . Pour le commander , les moyens de calcul peuvent émettre des signaux d'ordre par une ligne particulière 16 et le pilote automatique agit sur les servocommandes 17, 18 et 19. The helicopter as shown in FIG. 2 is equipped with an autopilot 14 started from a power button located on the dashboard 15. To control it, the calculation means can send order signals by a particular line 16 and the autopilot acts on the servo controls 17, 18 and 19.

En fonctionnement manuel, l'hélicoptère en vol est manoeuvré au moyen du manche de pilotage 8 qui entraîne les trois jeux de tringles 17 ,18 et 19 qui commandent respectivement la position du pas cyclique longitudinal et la position du pas cyclique transversal. Le jeu de tringles 22 et les combinateurs 13 commandent la position du pas collectif. In manual operation, the helicopter in flight is maneuvered by means of the control stick 8 which drives the three sets of rods 17, 18 and 19 which respectively control the position of the longitudinal cyclic step and the position of the transverse cyclic step. The set of rods 22 and the combiners 13 control the position of the collective pitch.

Les détecteurs 10 , 11 et 12 mesurent respectivement: - Les valeurs de la position de la commande du pas cyclique longitudinal ainsi que la composante longitudinale de l'accélération sensiblement suivant l'axe XX', - les valeurs de la position de la commande du pas cyclique transversal ainsi que la composante transversale de l'accélération sensiblement suivant l'axe YY', - la valeur DT de la position de la commande du pas collectif.The detectors 10, 11 and 12 respectively measure: - The values of the position of the control of the longitudinal cyclic step as well as the longitudinal component of the acceleration substantially along the axis XX ', - the values of the position of the control of the transverse cyclic step as well as the transverse component of the acceleration substantially along the axis YY ', - the value DT of the position of the control of the collective step.

Les quatre premières valeurs sont ensuite interprétées par des moyens de calculs, du type de ceux explicités dans le brevet FR 2 567 270, qui permettent de déterminer les composantes VAx et VAy de la vitesse-air
Quant à la valeur DT, elle est aussi interprétée par les moyens de calcul afin de calculer la composante Vlz selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan de rotation des pales de la vitesse de l'air au niveau des pales ainsi- que la valeur du rapport Vlz/VlzO
Les moyens de calcul permettent aussi de déterminer la composante VAz de la vitesse-air à l'infini ainsi que le module du vecteur vitesse-air VA et l'incidence AR du rotor à partir des valeurs Vlz , VAx et VAy
Les informations nécessaires au pilotage sont ensuite visualisées sur le tableau de bord de façon à guider le pilote qui agira en conséquence sur les trois commandes principales précédemment citées . Dans le but de prévenir le pilote d'un risque potentiel de vortex dans le cas d'un vol en descente par rapport à un repère terrestre ou en descente aérodynamique, deux indications lui sont fournies: celle du rapport Vlz/VlzO et celle de la valeur critique à ne pas dépasser et une alarme à seuil se déclenche lorsque la valeur de ce rapport s'approche de la valeur critique à partir de laquelle peuvent apparaître ces vortex.The first four values are then interpreted by calculation means, of the type explained in patent FR 2 567 270, which make it possible to determine the components VAx and VAy of the air speed
As for the value DT, it is also interpreted by the calculation means in order to calculate the component Vlz in a direction substantially perpendicular to the plane of rotation of the blades of the air speed at the level of the blades as well as the value of the ratio Vlz / VlzO
The calculation means also make it possible to determine the component VAz of the air-speed at infinity as well as the modulus of the speed-air vector VA and the incidence AR of the rotor from the values Vlz, VAx and VAy
The information necessary for piloting is then displayed on the dashboard so as to guide the pilot who will act accordingly on the three main commands previously mentioned. In order to warn the pilot of a potential risk of a vortex in the event of a flight downhill compared to a landmark or aerodynamic descent, two indications are provided to him: that of the Vlz / VlzO ratio and that of the critical value not to be exceeded and a threshold alarm is triggered when the value of this ratio approaches the critical value from which these vortices can appear.

Dans le cas du pilotage automatique , les informations nécessaires au pilotage sont en plus transmises, sous la forme de signaux d'ordres, au pilote automatique 14 qui agira automatiquement sur les servocommandes des commandes de position des pas cycliques longitudinal et latéral ainsi que du pas collectif. In the case of automatic piloting, the information necessary for piloting is additionally transmitted, in the form of command signals, to automatic pilot 14 which will act automatically on the servo-controls of the position commands of the longitudinal and lateral cyclic steps as well as the step collective.

De nombreuses modifications peuvent être apportées, tout en restant dans le cadre de l'invention. Ainsi, la valeur de la composante Vlz pourrait être déterminée d'une manière plus précise en augmentant le nombre de paramètres utilisés dans son calcul ou en prenant une valeur de f(mu) non égale à l'unité. Many modifications can be made, while remaining within the scope of the invention. Thus, the value of the component Vlz could be determined more precisely by increasing the number of parameters used in its calculation or by taking a value of f (mu) not equal to unity.

Dans un autre ordre d'idée, le dispositif de l'invention pourrait aussi être très facilement intégré dans un calculateur de navigation ou de tir.In another vein, the device of the invention could also be very easily integrated into a navigation or shooting computer.

La simplicité du procédé de l'invention et des dispositifs correspondants ainsi que la facilité d'intégration de ces derniers dans un calculateur global permettent leur utilisation dans tous les hélicoptères de série tant pour améliorer leur sécurité, notamment vis à vis des phénomènes de vortex, que pour faciliter leur pilotage et améliorer leurs performances. En outre, le dispositif de l'invention peut être avantageusement appliqué dans le domaine de la visualisation synthétique et/ou de la balistique, notamment pour améliorer la précision de tir sur cibles. The simplicity of the process of the invention and of the corresponding devices as well as the ease of integration of the latter in a global computer allow their use in all series helicopters both to improve their safety, in particular with respect to vortex phenomena, only to facilitate their management and improve their performance. In addition, the device of the invention can be advantageously applied in the field of synthetic visualization and / or ballistics, in particular to improve the accuracy of shooting at targets.

Claims

1. Method for determining the value in the plane of the blades of the component substantially perpendicular to the plane of the blades of the air speed of a helicopter comprising at least one lift rotor and a collective pitch control, remarkable in that that it consists beforehand in determining by calibration the value of the constants k and KI characteristic of the type of helicopter, then, knowing the mass M of the helicopter and the radius Rp of the blades, in measuring the values of the collective pitch DT, of the load factor n, of the pressure P and the temperature, T of the air as well as of the speed of rotation N of the rotor, then in calculating the value in the plane of the blades of the component substantially perpendicular to the plane of the blades of helicopter air speed from the following relationship

Vlz = k.N. tg (DT-KI.M.n.T / (P.N2)).

2. Method according to claim 1, characterized in that when the physical characteristics of the air and the rotational speed of the rotor are constant, the method is reduced to measuring the value of the collective pitch DT and then determining the component Vlz from of this value.

3. Method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that it also consists in determining, by a method of the known type, the components VAX and VAY in the plane of the blades of the air speed of l 'helicopter.

4. Method according to any one of claims 1 to 3 for improving security by preventing the risk of vortex, characterized in that it consists in calculating the value of the ratio Vlz / VlzO, where VlzO, being the component substantially vertical air speed at the blades in zero flight-air, is given by the relation

VlzO = [(M. N. G. T) / (2. P .S.k0)] 112 where g is the acceleration of gravity and S the surface of the rotor disc, then to inform the pilot of this value

5. Method according to claim 3 applicable to the determination of the component substantially perpendicular to the plane of the blades VAz of the air speed, characterized in that it consists, in addition, in determining VAz from the values of

Vlz, VAx and VAy.

6. Method according to claim 5, characterized in that when the components VAx and VAy of the air speed VA are zero, the component VAz of the air speed is given by the relation

VAz = 2. (Vlz - VlzO)

7. Method according to claims 5 applicable for determining the air speed, characterized in that it consists, in addition, in calculating the air speed VA from the following relation:

VA = (VAx2 + VAy2 + VAz2) 1/2

8. Device making it possible to determine the value in the plane of the blades of the component substantially perpendicular to the plane of the blades of the air speed of a helicopter comprising at least one lift rotor and a collective pitch control and means for information display, device characterized in that it comprises means for determining by calibration a constant KI characteristic of the helicopter, means for measuring the values of the collective pitch DT, the load factor n, the pressure P and the temperature T of the air and the rotational speed N of the rotor as well, as well as means for calculating the component Vlz substantially parallel to the axis of the rotor of the air speed from these values , knowledge of the mass M of the helicopter and the following relationship:

Vlz = k. NOT . tg (DT-KI. M.n.T / (P.N2)).

9. Device according to claim 8 applicable to the determination of the component substantially perpendicular to the plane of the VAz blades of the air speed and / or to the determination of the air speed VA, characterized in that it further comprises means , known, for determining the VAX and VAY components in the plane of the airspeed blades of the helicopter as well as means for calculating VAz and / or VA.

10. Device according to one of claims 8 and 9, making it possible to improve security by preventing the risks of vortexing, characterized in that it also comprises means for calculating the value of the ratio Vlz / VlzO, where VlzO t being the substantially vertical component of the air speed at the level of the blades in zero air-flight, is given by the relation

VlzO = [(M. N. G. T) / (2. P .S.k0)] 112 where g is the acceleration of gravity and S the surface of the rotor disc.

11. Device according to one of claims 9 and 10, characterized in that it further comprises an automatic pilot.