FR2829463A1 - Procede pour eviter la collision d'une pale de rotor en mouvement d'un aeronef a aile rotative et une turbulence de pale ainsi que dispositif pour la mise en oeuvre du procede - Google Patents
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Abstract
Procédé pour éviter la collision d'une pale de rotor en mouvement d'un aéronef à ailes rotatives et une turbulence de pales ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Avec une installation de traitement de signal comportant au moins une installation de commande et/ ou de régulation, on régule un paramètre aérodynamique tel que l'angle d'attaque ou la variation de profil de la pale du rotor pour éviter la collision de la pale et des turbulences de pales.Grâce à l'invention, à partir du signal des capteurs de pression phonique on détecte rapidement et exactement le contenu en fréquences. Puis on effectue une adaptation pas à pas des harmoniques. L'invention offre l'avantage de ne nécessiter que des moyens de calcul réduits pour chaque étape par rapport à une analyse FFT tout en permettant une très grande précision en fréquences.
Description
ce que l'enrouleur (24) est solidaire de l'ensemble flottant (1S).
La présente invention un procédé pour éviter la collision d'une pale de rotor en mouvement d'un aéronef à ailes rotatives et d'une turbulence de pale à l'aide d'un organe de mesure équipant l'aéronef pour détecter un spectre de signal de bruit transformé en signaux électriques eux-mêmes transmis à une installation de traitement de signal pour générer un signal d'actionnement destiné à un organe d'actionnement de la pale de rotor pour influencer les paramètres aérodynamiques de la pale
de rotor.
Elle concerne également un dispositif pour éviter une o collision d'une pale de rotor en mouvement d'un aéronef à ailes rotatives et une turbulence de pale pour la mise en _uvre du procédé selon la revendication 1, selon laquelle une installation de traitement de signal régule un organe d'actionnement de la pale de rotor et l'installation de
traitement de signal comprend au moins une installation de régulation.
Le bruit généré par un aéronef à aile rotative notamment un hélicoptère résulte de la combinaison d'un grand nombre de sources acoustiques. De telles sources acoustiques sont par exemple les pales du rotor principal, le moteur, la transmission principale, le rotor arrière, etc. Pour différentes phases de vol d'un hélicoptère, différentes sources de o bruits apparaissent de manière dominante. En particulier pour le vol en descente ou la phase d'atterrissage d'un hélicoptère, les pales du rotor
principal, en mouvement constituent la source caractéristique de bruit.
Lors de la rotation d'une pale de rotor, au niveau de son bord de fuite, des fortes turbulences se développent qui s'enroulent au :5 niveau de la pointe de la pale de façon apparente pour former un n_ud. I1 se développe ainsi une trance de turbulence. La collision de la pale de rotor suivante avec une turbulence de la traînée de turbulence est appelée interférence de turbulence de pale. I1 s'agit de ce qui est connu sous la dénomination de BVI (interaction de vortex de pale). Cette désignation
abrégée BVI sera utilisée dans la suite de la description. À la suite de la
pale de rotor en mouvement, cette turbulence forme des boucles qui lorsque l'hélicoptère avance en vol. restent en retrait, en dessous et
derrière l'hélicoptère.
La situation est différente en vol de descente ou en phase d'atterrissage, avec un angle de descente faible ou moyen. L'hélicoptère suit alors sa turbulence de sorte que sous l'effet de la vitesse de rotation élevoe, chaque pale de rotor rencontre la turbulence occasionnce par la pale en amont. Cette rencontre d'une pale de rotor et d'une telle turbulence génère un fort saut de pression. Ce phénomène est la cause du développement du bruit caractéristique d'un hélicoptère en vol de descente ou en phase d'atterrissage. De plus, les turbulences occasionnent lors de la collision avec une pale de rotor, un spectre de s variation d'angle d'attaque à faible et haute fréquence dans la pale du rotor. Dans le développement futur des hélicoptères, la tendance consiste à réduire ces sources de bruit dans le vol de descente ou en phase d'atterrissage. Un tel concept suppose que le mouvement o dynamique des interférences de turbulence de pale puisse se détecter avec certitude. Cette saisie garantie sur le plan des mesures avec détection et localisation de BVI permet de prendre des mesures précises pour réduire
le bruit.
Pour la saisie métrologique du phénomène BVI pendant le vol de descente ou en phase d'atterrissage, on a intégré jusqu'à présent des organes de mesure de la pression d'air dans les pales de rotor de prototype d'hélicoptère. À partir de la variation de la pression d'air, on a
conclu à l'émission de bruit.
Ce n'est qu'en saisissant, détectant et localisant de manière sure un état d'interférence de turbulence de rotor dans des conditions valables pour des séries qu'il est possible d'utiliser en conséquence des moyens pour réduire le bruit. Ces moyens ont pour but d'éviter que la lame de rotor en aval entre en collision avec une turbulence de pale. Cela ne peut, par exemple, se faire par modification commandée par le disque 2s de nutation, de l'angle d'attaque de la pale de rotor par un actionneur au
lieu d'avoir une tige de commande rigide.
Une autre action d'influence sur un paramètre aérodynamique de la pale de rotor serait possible avec un volet au niveau de l'aréte arrière de la pale du rotor et dont la position angulaire sera
modifiée par un actionneur.
Influencer un autre paramètre aérodynamique, consisterait à utiliser une pale de rotor adaptative dont un organe de réglage
(actionneur) pourrait modifier la section du profil.
Les signaux fournis par un organe de mesure sont transmis 3s à une installation de traitement de signal qui est une installation de
commande et/ou de régulation.
L'organe de réglage est commandé par un moyen de régulation pour que son actionnement se fasse, par exemple, par variation de l'angle d'attaque de la pale de rotor pour réduire la différence entre la
valeur de consigne et la valeur réelle et réduire ainsi le bruit.
Une question décisive est la nature du traitement du signal utilisé pour modifier un paramètre aérodynamique de la pale de rotor pour éviter sa collision avec des turbulences de pale. Or à cela l'état de la
technique ne fournit aucune indication.
La présente invention a pour but de réguler un paramètre aérodynamique (par exemple une variation de l'angle d'attaque de la pale ou une variation de profil de la pale) du rotor d'un aéronef à aile tournante o à l'aide d'une installation de traitement de signal pour éviter la collision de
la pale de rotor avec des turbulences de pale.
À cet effet, l'invention concerne un procédé défini ci-dessus, caractérisé en ce que dans l'installation de traitement de signal on détermine à partir des signaux électriques représentant le spectre du signal de bruit, dans une installation pour déterminer un indice BVI, les harmoniques de la fréquence de succession des pales, et comme grandeur caractéristique de signal on forme un quotient des harmoniques caractéristiques de l'effet BVI et de l'ensemble des harmoniques, et on forme une moyenne pour fournir ces grandeurs caractéristiques à une o installation à seuils, l'installation à seuils signale un dépassement de seuil pour l'effet BVI qui lance l'installation de régulation, l'installation de régulation exécute une procédure d'optimisation pour trouver le minimum de l'indice BVI et si le minimum perdure, l'installation à seuils ou l 'ins tallation de régulatio n reç o it de s donné e s de l' installation de dé te ction s de l'état de vol et pour l'état de vol non caractéristique de l'effet BVI,
l'installation de régulation est désactivée et passe en mode d'attente.
L'invention concerne également à un dispositif pour la mise en _uvre de ce procédé, caractérisé en ce que l'installation de régulation est reliée à une installation seuil, cette installation est reliée à une installation pour déterminer l'effet BVI et l'installation qui détermine l'effet BVI est relice à un capteur de vitesse de rotation équipant le rotor de l'aéronef à ailes rotatives et l'installation de régulation ou l'installation à seuils sont reliées à une installation détectant l'état de vol. L'installation de traitement de signal comporte une installation pour déterminer un indice BVI. L'installation pour déterminer l'indice BVI, à partir des signaux électriques représentant le spectre du signal de bruit, détermine les harmoniques de la fréquence de la succession des pales. Comme grandeur caractéristique de signal, on utilise le quotient des harmoniques caractéristiques de l'effet BVI et de l'ensemble des harmoniques et on forme une valeur moyenne des quotients. Ce quotient moyen est l'indice moyen BVI. Cet indice moyen BVI est appliqué comme grandeur caractéristique du signal à une s installation à seuil et celleci en cas de dépassement du seuil fournit un signal qui lance l'installation de régulation. Dans un procédé d'optimisation, l'installation de régulation cherche le minimum de l'indice BVI. Lorsque le minimum subsiste dans le temps, l'installation de seuil ou l'installation de régulation reçoit des données d'une installation de o détection de l'état de vol et pour un état de vol non caractéristique de l'indice BVI, l'installation de régulation est désactivée et passe en mode d'attente. Dans l'installation pour déterminer l'indice BVI, à partir du spectre de pression dans le temps, détecté par des capteurs de pression phonique à un instant de détection, on copie par synthèse par un algorithme de minimum fonctionnant de manière itérative, le signal de
pression mesuré.
Dans l'installation qui détermine l'indice BVI, à partir du signal de pression copié à un instant de détection, on détermine les harmoniques de la fréquence de la succession des pales et on applique cette fréquence par un générateur de vitesse de rotation au rotor de
l'aéronef à aile tournante à l'installation qui détermine l'indice BVI.
L'installation pour déterminer l'indice BVI fournit des harmoniques caractéristiques de l'indice BVI à partir de la plage des
fréquences caractéristiques.
On détermine l'indice BVI à partir des harmoniques caractéristiques de l'indice BVI et des harmoniques du spectre de pression
en fonction du temps. L'indice BVI est classé selon sa valeur.
Pour les différents quotients on forme dans une plage de temps, une valeur moyenne de l'indice BVI transmise comme grandeur caractéristique du signal à l'installation à seuils. L'installation à seuils contient au moins un seuil pour détecter l'indice BVI et un seuil qui lorsqu'on atteint le minimum de l'indice BVI, signale une nouvelle
croissance de l'indice BVI.
La régulation est une régulation rapportée à un seuil et
l'installation de régulation contient un procédé d'optimisation.
Le dispositif pour la mise en _uvre du procédé comporte une installation de traitement de signal qui régule un organe de réglage d'une pale de rotor. La régulation concerne chaque pale du rotor de l'aéronef à ailes rotatives. L'installation de traitement de signal comprend au moins une installation de régulation; cette installation de régulation est associée à une installation à seuils et celle-ci comporte une installation s pour former l'indice BVI; l'installation de régulation ou l'installation à seuils est reliée à un capteur de rotation du rotor de l'aéronef à ailes rotatives; l'installation à seuils ou l'installation de régulation est reliée à une installation de détection de l'état de vol. L'invention permet de trouver rapidement et exactement le o contenu en fréquences du signal des capteurs de pression phonique. I1 en résulte une adaptation pas à pas des harmoniques. Le procédé ne travaille qu'avec une détection continue, ponctuelle de signal. L'invention permet une liberté de choix du pas pour détecter et prendre en compte les variations des fréquences de successions de pales. Cette procédure est supérieure à l'analyse FFT (Transformation de Fourrier Rapide) qui
progresse par bloc.
L'invention offre l'avantage de nécessiter des moyens de calcul réduits pour chaque pas par rapport à l'analyse FFT tout en
garantissant une précision de fréquence élevée.
o L'invention permet de réguler chaque pale de rotor en mouvement pour échapper aux turbulences de pales et éviter ainsi une
interaction bruyante avec les turDulences de pales.
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 montre un hélicoptère
et le système sous forme d'un schéma par bloc.
Selon la figure 1, l'hélicoptère 9 comporte un rotor tournant dans le sens de rotation D. Une installation de traitement de signal 1 régule la position de la pale de rotor à l'aide d'un organe d'actionnement 6 so équipant la pale de rotor 11, par rapport à une turtulence de pale 10,
détectée. Cette description s'applique à toutes les pales du rotor.
Les organes de mesure sont des capteurs de pression phoniques installés dans le système rotatif de l'hélicoptère, le système de rotor ou dans le système fixe de l'hélicoptère 9 au niveau de la paroi ss extérieure du fuselage. Les capteurs de pression phonique 7 du système de rotor peuvent être installés par exemple à la surface extérieure de la pale de rotor. Les capteurs de pression phonique 8 du système fixe de l'hélicoptère 9 sont par exemple installés au niveau de la paroi extérieure du fuselage. I1 peut s'agir de micros intégrés dans la paroi ou dans le
dispositif d'atterrissage de l'hélicoptère.
On utilise avantageusement plusieurs capteurs de pression phonique 7, 8. Le positionnement des capteurs de pression phonique dépend de l'endroit de la source des turbulences de pales et des directions de développement préférentiel des turbulences de pales. Le phénomène BVI peut par exemple se produire au niveau d'une pale amont et d'une pale arrière. Cela donne des indications sur le positionnement nécessaire des capteurs de pression phonique par exemple dans le système fixe de o l'hélicoptère. À l'aide de plusieurs capteurs de pression phonique on peut optimiser la sensibilité du procédé de traitement de signal effectué ensuite. Suivant l'état de vol. la zone de l'effet BVI peut par exemple
changer par rapport au plan de la lame de rotor.
Les capteurs de pression phonique 7, 8 sont dimensionnés s pour permettre de détecter également la plage de fréquence caractéristique de l'effet BVI. Les variations de pression saisies par des capteurs de pression phonique sont transformées en signaux électriques. Pour l'effet BVI il y a un contenu d'informations caractéristiques de l'effet BVI. Ces signaux électriques fournis par les capteurs de pression 7, 8 sont o appliqués à une installation de traitement de signal 1. L'installation de traitement de signal possède une installation d'analyse de l' effet BVI c' est àdire une installation 2 pour déterminer l'effet BVI. Cette installation 2 est reliée à un capteur de vitesse de rotation 12 équipant le rotor de l'aéronef à ailes rotatives et les organes de mesure, les capteurs de pression phonique 7, 8. Le capteur de rotation 12 fournit des signaux
donnant la fréquence du rotor.
L'installation 2 pour déterminer l'effet BVI fournit à partir du signal de pression en fonction du temps donné par les capteurs de pression phonique 7, 8 les harmoniques de la fréquence de succession des pales. Les harmoniques donnent des différences significatives dans le
niveau du signal de bruit entre l'effet BVI et l'absence d'effet BVI.
On détermine les harmoniques à chaque instant de détection c'est-à-dire de manière ponctuelle. Les harmoniques obtenus
sont classés en amplitude et en phase.
L'installation 2 pour déterminer l'effet BVI copie de manière synthétique le signal de pression mesuré à partir du spectre de pression en fonction du temps détecté par les capteurs de pression phonique 7, 8 à un instant de détection, par un algorithme de minimum fonctionnant de
manière itérative.
À partir de la plage caractéristique, on détermine les
harmoniques caractéristiques de l'effet BVI.
s À partir du rapport entre les harmoniques caractéristiques de l'effet BVI et les harmoniques glob ales corresp ondant à l'instant de détection on forme un indice BVI. On tient compte pour cela de l'amplitude des harmoniques. Cet indice BVI est une mesure de l'existence
et de l'intensité de l'effet BVI.
o On forme la moyenne de plusieurs valeurs de l'indice BVI dans une période déterminée. On obtient ainsi une tendance de l'effet BVI et on évite que chaque valeur isolée de l'effet BVI puisse conduire à une variation ponctuelle, distincte de la grandeur de réglage. Cela permet
d'éviter le battement du traitement du réglage.
s L'indice BVI moyen est appliqué comme grandeur caractéristique à une installation à seuils 3. L'installation à seuils 3 peut faire partie de l'installation de régulation et peut par exemple être intégrée dans le programme de l'installation de régulation 4. L'installation à seuils 3 travaille comme l'interrupteur. Cette installation à seuils 3 constitue o l'entrée de l'installation de régulation 4. Suivant la valeur de l'indice BVI on a une régulation rapportée au seuil à effectuer par l'installation de régulation 4. Lorsqu'on atteint le premier seuil, on lance l'installation de
régulation 4 proprement dite.
On dépasse ce premier seuil si dans l'indice BVI apparâît la grandeur de signal BVI. Le dépassement du seuil active l'installation de régulation 4 par l'installation de seuil 3. L'installation de régulation 4 développe un algorithme de minimum. Dans cet algorithme de minimum, on forme la déviation entre l'indice BVI actuel et le minimum dépendant de l'état de vol (de manière idéale l'indice BVI est égal à zéro). Ce so traitement minimum se fait pas à pas par adaptation de l'amplitude et / ou de la phase par exemple selon la règle de la " section d'or,. Le minimum se trouve par itération L'indice BVI mentionné tend ainsi vers
zéro pour le minimum.
À partir du minimum obtenu, l'installation de régulations 4 s5 forme en signal d'actionnement qui génère précisément le réglage que doit effectuer un organe de réglage (actionneur) 6, nécessaire pour échapper à la turbulence de pales, détectée. L'installation de régulation 4 fournit l'angle de phase et/ou l'amplitude du signal d'actionnement. Le traitement du réglage peut être effectué par exemple par les actionneurs piézoélectriques 6 équipant la pale de rotor. Ces actionneurs génèrent un mouvement de torsion de la pale de rotor si bien que l'angle de la pale change rapidement et change ainsi la poussée ascensionnelle de la pale et sa position dans l'espace. Lorsque l'installation de régulation 4 a trouvé le minimum,
l'indice BVI de l'hélicoptère 9 est réduit de manière significative.
Si pendant un vol de descente on modifie brièvement la trajectoire dans un segment de trajectoire horizontale, il n'y aura pas o d'effet BVI pour ce segment de vol horizontal. I1 faut que l'installation de régulation 4 puisse reconnaître ce cas particulier de la transition entre un vol de descente et un vol horizontal, c'est-à-dire que l'installation de régulation doit pouvoir être désactivée pour un indice BVI minimum. Pour cela, il est prévu une installation 5 de détection de l'état de vol. L'installation 5 de détection de l'état de vol contient en mémoire des données minimales relatives à la vitesse de descente, à la vitesse de vol. à l'angle de descente, etc. et ces données peuvent être appelées. Ces données de détection de l'état de vol sont disponibles en continu à l'installation à seuils 3 ou à l'installation de régulation 4 pour l'analyse. À l'aide des données de la détection de l'état de vol. on exploite l'indice BVI pour que l'installation à seuils 3 ou l'installation de régulation puisse reconnaître les valeurs BVI associées à un vol horizontal. En cas de vol horizontal, l'installation de régulation 4 est désactivée par l'installation à
seuils 3 et passe en mode d'attente.
Si dans un vol de descente, on atteint le minimum de l'indice BVI, avec une variation de l'angle de descente de l'aéronef, il y aura une nouvelle augmentation de l'effet BVI par rapport au minimum trouvé. Un second seuil légèrement au-dessus du premier seuil indique que l'on a quitté ce minimum. I1 s'ensuit un nouveau démarrage de
so l'opération minimum.
Claims (5)
1 ) Procédé pour éviter la collision d'une pale de rotor en mouvement d'un aéronef à ailes rotatives et d'une turbulence de pale à l'aide d'un organe de mesure (7, 8) équipant l'aéronef pour détecter un spectre de signal de bruit transformé en signaux électriques eux-mêmes transmis à une installation de traitement de signal (11) pour générer un signal d'actionnement destiné à un organe d'actionnement (6) de la pale de rotor pour influencer les paramètres aérodynamiques de la pale de rotor, caractérisé en ce que o dans l'installation de traitement de signal (1) on détermine à partir des signaux électriques représentant le spectre du signal de bruit, dans une installation (2) pour déterminer un indice BVI, les harmoniques de la fréquence de succession des pales, et comme grandeur caractéristique de signal on forme un quotient des harmoniques caractéristiques de l'effet BVI et de l'ensemble des harmoniques, et on forme une moyenne pour fournir ces grandeurs caractéristiques à une installation à seuils (3), l'installation à seuils (3) signale un dépassement de seuil pour l'effet BVI qui lance l'installation de régulation (4), o l'installation de régulation exécute une procédure d'optimisation pour trouver le minimum de l'indice BVI et si le minimum perdure, l'installation à seuils (3) ou l'installation de régulation (4) reçoit des données de l'installation (5) de détection de l'état de vol et pour l'état de vol non caractéristique de l'effet BVI, l'installation de régulation (4) est désactivée
s et passe en mode d'attente.
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'installation (2) pour déterminer l'effet BVI, à partir du spectre de so pression en fonction du temps détecté par les capteurs de pression phoniques (7, 8) à l'instant de détection, on forme par synthèse le signal de pression mesuré par un algorithme de minimum travaillant de manière itérative. s5 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans l'installation (2) pour déterminer l'effet BVI, à partir du signal de pression copié à un instant de détection on détermine les harmoniques de la fréquence de succession des pales et on fournit cette fréquence de succession des pales, du capteur de vitesse de rotation (12) du rotor de
l'aéronef à ailes rotatives (9) à l'installation (2) pour déterminer l'effet BVI.
s 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans l'installation (2) pour déterminer l'effet BVI, on forme les harmoniques caractéristiques de l'effet BVI à partir d'une plage de
fréquence caractéristique.
) Procédé selon les revendications 3 et 4,
caractérisé en ce que dans l'installation (2) pour déterminer l'effet BVI, on forme un quotient des harmoniques caractéristiques BVI et des
harmoniques du spectre de pression en fonction du temps.
6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'
on classe le quotient par sa valeur comme indice BVI.
7 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' avec les différents quotients dans une plage de temps on forme une valeur moyenne transmise comme grandeur caractéristique de signal à
l'installation à seuils (3).
2s 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation à seuils (3) possède au moins un seuil pour détecter l'effet BVI et un seuil qui une fois atteint le minimum de l'indice BVI, signale
une nouvelle croissance de l'effet BVI.
9 ) Procédé selon la revendication 1, ., caracterse en ce que l'installation de régulation (4) effectue une régulation rapportée au seuil et
ss cette installation de régulation (4) contient une procédure d'optimisation.
) Dispositif pour éviter une collision d'une pale de rotor en mouvement d'un aéronef à ailes rotatives et une turbulence de pale pour la mise en
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_uvre du procédé selon la revendication 1, selon laquelle une installation de traitement de signal (1) régule un organe d'actionnement (6) de la pale de rotor et l'installation de traitement de signal (1) comprend au moins une installation de régulation (4), caractérisé en ce que l'installation de régulation (4) est reliée à une installation seuil (3), cette installation (3) est reliée à une installation (2) pour déterminer l'effet BVI et l'installation (2) qui détermine l'effet BVI est reliée à un capteur de vitesse de rotation (12) équipant le rotor de l'aéronef à ailes rotatives (9) et o l'installation de régulation (4) ou l'installation à seuils (3) sont reliées à une installation (5) détectant l'état de vol.
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