FR2914416A1 - Systeme pour determiner la masse et le centre de gravite d'un aeronef sur un aeroport - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un système de pesée d'un aéronef comportant des moyens de pesée intégrés dans le sol à des positions susceptibles de recevoir les trains d'atterrissage de l'aéronef, ainsi qu'une unité de traitement au sol raccordée aux dits moyens de pesée, apte à déterminer des informations de pesée de l'aéronef lorsque les différents trains d'atterrissage de l'aéronef sont sur au moins certains desdits moyens de pesée, et à émettre ces informations de pesée vers l'aéronef et éventuellement vers les moyens de gestion de l'aéroport.

Description

Système pour déterminer la masse et le centre de gravité d'un aéronef sur

un aéroport.

La présente invention concerne un système pour déterminer la masse et le centre de gravité d'un aéronef sur un aéroport, ainsi qu'un aéronef compatible avec un tel système. Afin de pouvoir garantir un bon équilibre d'un aéronef tant au sol qu'en vol, il est nécessaire de déterminer sa masse ainsi que la position de son centre de gravité. La masse d'un aéronef, par exemple d'un avion de transport, est égale à la somme des masses élémentaires suivantes : masse à vide de l'aéronef, masse du carburant, masse de la charge utile (fret et/ou passagers). La position du centre de gravité de l'aéronef est variable. Elle dépend à la fois de la valeur des différentes masses élémentaires et de leurs positions dans l'aéronef. De façon usuelle, la masse et la position du centre de gravité d'un avion de transport sont déterminées à l'aide d'une fiche sur laquelle un opérateur reporte les paramètres suivants : remplissage des différents réservoirs de carburant, masse et position des conteneurs de fret, nombre et position des passagers. La masse de l'avion et la position de son centre de gravité sont déterminées sur la base des valeurs desdits paramètres. La masse de l'avion est égale à la somme des différentes masses élémentaires (masse à vide de l'avion, masse du carburant, masse du fret, masse des passagers) et son centre de gravité est situé au barycentre desdites masses élémentaires. Toutefois, les valeurs calculées sont souvent approximatives étant donné que des hypothèses de valeurs moyennes sont utilisées au moins pour certains desdits paramètres, en particulier la masse d'un passager typique. De plus, en cas de remplissage partiel de l'avion, il arrive parfois que certains passagers ne respectent pas la place qui leur a été attribuée lors de l'enregistrement : il n'est alors pas possible de déterminer avec précision la position du centre de gravité de l'avion sans contrôler les positions réelles des passagers. Or, la masse et la position du centre de gravité de l'avion sont utilisées, entre autres, pour déterminer les paramètres de décollage de l'avion (positions des volets, vitesse de décollage, etc.). Les demandes de brevets FR05 12019 et US11/559917 d'une part, ainsi que FR05 12020 et US11/563743 d'autre part sont relatives à des procédés de contrôle desdits paramètres de décollage. Des valeurs trop imprécises pourraient conduire à un calcul de paramètres de décollage inappropriés pouvant induire des problèmes lors du décollage, par exemple un accroissement du risque de toucher de queue ( tailstrike en anglais). D'autre part, sur certains aéroports, le montant des taxes dues par les compagnies aériennes est fonction de la masse des aéronefs atterrissant ou décollant sur ces aéroports. II en résulte qu'en cas de calcul trop approximatif de la masse d'un aéronef, le montant des taxes payées par la compagnie aérienne peut être soit supérieur, soit inférieur à ce qu'il devrait être. Les halls de pesée utilisés par les constructeurs d'aéronefs comportent des balances intégrées dans leur sol, à des positions correspondant aux positions des différents trains d'atterrissage des aéronefs susceptibles d'y être pesés. En vue de son pesage, un aéronef doit être tracté dans un hall de pesée, généralement en marche avant, au moyen d'un tracteur. En fonction des valeurs mesurées par les différentes balances, un opérateur calcule la masse totale de l'aéronef ainsi que la position du centre de gravité. Pour déterminer cette position, il tient également compte de caractéristiques géométriques de l'aéronef (positions relatives des différents trains d'atterrissage, etc). Après sa pesée, il est nécessaire de sortir l'aéronef du hall de pesée, généralement en marche arrière, toujours au moyen dudit tracteur. Un tel mode de fonctionnement n'est pas acceptable lorsque l'aéronef est un avion rempli de passagers, notamment en raison du temps nécessaire aux différentes manoeuvres de l'aéronef. Quand bien même il serait acceptable, il supposerait qu'un opérateur chargé d'exploiter les différentes mesures connaisse lesdites caractéristiques géométriques de l'aéronef nécessaires pour déterminer la position de son centre de gravité, cela pour chaque type d'aéronef susceptible d'être pesé. Or, si le nombre de types différents d'aéronefs susceptibles d'être pesés dans un même hall de pesée est relativement restreint chez un constructeur d'aéronefs, la situation serait totalement différente sur un aéroport où de nombreux types d'aéronefs de constructeurs différents sont susceptibles d'atterrir et de décoller. Il conviendrait donc que cet opérateur puisse disposer desdites caractéristiques géométriques pour chaque type d'aéronef susceptible d'atterrir et de décoller sur l'aéroport considéré. De plus, il existe des types d'aéronefs voisins ayant des caractéristiques géométriques différentes : une erreur sur le type d'aéronef choisi par l'opérateur entraînerait alors une erreur sur la valeur calculée de la position du centre de gravité. Un tel mode de pesée ne serait donc pas acceptable sur un aéroport, tant en raison des contraintes opérationnelles (temps nécessaire à la pesée avec des passagers à bord, nécessité de disposer de caractéristiques géométriques pour tous les types d'aéronefs) qu'en raison des risques d'erreurs.

La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités. Elle concerne un système de pesée d'un aéronef comportant des moyens de pesée intégrés dans le sol à des positions susceptibles de recevoir les trains d'atterrissage de l'aéronef. Ce système est remarquable en ce qu'il comporte en outre une unité de traitement au sol raccordée aux dits moyens de pesée, apte à déterminer des informations de pesée de l'aéronef lorsque les différents trains d'atterrissage de l'aéronef sont sur au moins certains desdits moyens de pesée, et à émettre ces informations de pesée vers l'aéronef. En outre, ledit aéronef comporte : - des moyens de réception desdites informations de pesée ; - des moyens aptes à déterminer la masse de l'aéronef et/ou la position du centre de gravité de l'aéronef en fonction au moins desdites informations de pesée. De cette façon, lorsque les trains d'atterrissage de l'aéronef sont situés sur lesdits moyens de pesée, des informations de pesée sont déterminées par l'unité de traitement au sol qui les envoie vers l'aéronef où elles sont utilisées pour calculer la masse et la position du centre de gravité. Ainsi, on dispose à bord de l'aéronef de valeurs mesurées de sa masse et de la position de son centre de gravité. Ces valeurs sont donc représentatives de la façon dont l'aéronef a réellement été chargé. Pour cela, lesdits moyens aptes à déterminer la position du centre de gravité à bord de l'aéronef disposent d'informations relatives à des caractéristiques géométriques de l'aéronef, en particulier les positions des différents trains d'atterrissage par rapport au fuselage. Ainsi, il n'est pas nécessaire qu'un opérateur connaisse lesdites caractéristiques pour chaque type d'aéronef susceptible d'être pesé sur un aéroport.

De façon préférée, lesdits moyens de pesée sont intégrés dans le sol d'une zone aéroportuaire extérieure. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'utiliser un tracteur pour amener l'aéronef sur la zone de pesée : l'aéronef peut aller sur cette zone et en repartir en marche avant en utilisant 'ses propres moteurs, d'où une réduction des temps de manoeuvre. De façon avantageuse, cette zone aéroportuaire extérieure est une voie de circulation des aéronefs, par exemple une bretelle d'accès à la piste d'atterrissage ou de décollage, ou un taxiway. Ainsi, l'aéronef n'a pas besoin d'effectuer un cheminement spécial pour aller sur une zone de pesée avant son décollage : il lui suffit de suivre la voie de circulation normalement utilisée pour rejoindre la piste de décollage et de positionner ses trains d'atterrissage sur les moyens de pesée. Dans un premier mode de réalisation, l'unité de traitement au sol est apte à déterminer lesdites informations de pesée lorsque l'aéronef est à 15 l'arrêt sur les moyens de pesée. Dans un second mode de réalisation, l'unité de traitement au sol est apte à déterminer lesdites informations de pesée lorsque l'aéronef est en mouvement sur les moyens de pesée. Ainsi, il n'est pas nécessaire d'arrêter l'aéronef sur les moyens de pesée, d'où un gain de temps qui est 20 avantageux aussi bien du point de vue de la durée du trajet de l'aéronef que du point de vue de l'encombrement de l'aéroport par cet aéronef. De plus, le fait de peser l'avion en mouvement présente l'avantage d'éviter des erreurs statiques des moyens de pesée. Dans un mode particulier de réalisation, l'unité de traitement au sol 25 comporte une liaison vers des moyens de gestion de l'aéroport. Elle peut ainsi envoyer les informations de pesée de l'aéronef, ou la masse totale de l'aéronef, vers lesdits moyens de gestion. Ceux-ci peuvent par exemple utiliser ces informations pour calculer le montant des taxes dues par l'exploitant de l'aéronef. 30 De façon avantageuse, lesdits moyens aptes à déterminer la masse et la position du centre de gravité à bord de l'aéronef sont reliés à un calculateur de gestion du vol de l'aéronef. Ainsi, après avoir calculé les valeurs de la masse et/ou de la position du centre de gravité ,de l'aéronef, ces moyens peuvent envoyer ces valeurs vers ledit calculateur de gestion du 35 vol de l'aéronef. Ce calculateur peut alors déterminer des paramètres de décollage de l'aéronef. Ces paramètres de décollage peuvent donc être déterminés selon un processus entièrement automatisé du point de vue de l'acquisition des informations de masse et de centre de gravité de l'aéronef, ce qui permet d'éviter d'éventuelles erreurs ou imprécisions liées à une intervention humaine. Les moyens de pesée peuvent être des balances intégrées dans le sol. Toutefois, dans un mode avantageux de réalisation, ils comportent des capteurs à fibres optiques. Ces derniers sont de préférence du type à réseau de Bragg. Les capteurs à fibres optiques présentent l'avantage de ne nécessiter aucun élément mécanique en mouvement, leur principe étant basé sur la mesure de déformations des fibres optiques. De préférence, chaque moyen de pesée comporte une matrice de capteurs à fibre optique du type à réseau de Bragg. De préférence, les mesures réalisées par les moyens de pesée sont 15 compensées en fonction de la température. L'invention concerne aussi un aéronef qui comporte : - des moyens de réception d'informations de pesée émises par une unité de traitement au sol ; - des moyens aptes à déterminer la masse dudit aéronef et/ou la 20 position du centre de gravité dudit aéronef en fonction au moins desdites informations de pesée. De façon avantageuse, les moyens aptes à déterminer la masse et/ou la position du centre de gravité de l'aéronef comportent une liaison vers un calculateur de gestion du vol de l'aéronef, de façon à transmettre à ce 25 calculateur de gestion du vol les valeurs de la masse et/ou de la position du centre de gravité déterminées en fonction des informations de pesée reçues de l'unité de traitement au sol.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit 30 et à l'examen des figures annexées. La figure 1 est un schéma synoptique d'un système de pesée selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus d'une voie de circulation d'un aéroport comportant des moyens de pesée.

Les figures 3 et 4 sont des représentations, en vue de dessus, d'un moyen de pesée comportant des capteurs à fibre optique.

Le système de pesée 1 représenté sur la figure 1 comporte des moyens de pesée 10, 12, 14 intégrés dans le sol d'une voie de circulation 4 d'un aéroport. Cette voie de circulation peut notamment correspondre à un taxiway permettant d'accéder à une piste 6 d'atterrissage et/ou de décollage. Les différents moyens de pesée sont intégrés dans le sol de façon à correspondre aux positions des trains d'atterrissage d'un aéronef sur cette voie de circulation 4. Ainsi, des premiers moyens de pesée 10 correspondent à la position du train avant 3a de l'aéronef et des seconds moyens de pesée 12 et 14 correspondent respectivement aux positions des trains principaux droit 3b et gauche 3c. Les différents moyens de pesée 10, 12, 14 sont reliés par un ensemble de liaisons 26 à une unité de traitement au sol 18. Dans un premier mode de réalisation, les signaux issus de capteurs desdits moyens de pesée sont mis en forme et convertis sous forme de données numériques par des moyens d'acquisition (non représentés) situés dans ou à proximité immédiate des moyens de pesée respectifs, puis lesdites données numériques sont transmises par les liaisons 26 vers l'unité de traitement au sol 18. Dans un second mode de réalisation, les signaux issus desdits capteurs des moyens de pesée sont transmis par les liaisons 26 à l'unité de traitement au sol 18 qui les convertit en données numériques. Dans les deux cas, l'unité de traitement au sol dispose ainsi de données numériques représentatives d'informations de pesée de l'aéronef. L'unité de traitement au sol 18 transmet ces informations de pesée vers l'aéronef 2 par une liaison 28, en particulier une liaison radiofréquence. Ces informations sont reçues par des moyens de réception 20 de l'aéronef, comportant par exemple un calculateur de type ATSU ( Air Traffic Service Unit en anglais) gérant les communications de l'aéronef. Les moyens de réception 20 transmettent ces informations de pesée à des moyens 22 aptes à déterminer la masse de l'aéronef et/ou la position du centre de gravité de l'aéronef en fonction au moins desdites informations de pesée. Pour déterminer la position du centre de gravité, les moyens 22 disposent d'informations relatives à la position de chaque train d'atterrissage par rapport au fuselage de l'aéronef. De façon préférée, ces moyens 22 aptes à déterminer la masse et/ou la position du centre de gravité de l'aéronef transmettent les valeurs de la masse et/ou de la position du centre de gravité de l'aéronef à un calculateur 24 de gestion du vol de l'aéronef, de type FMS ( Flight Management System en anglais).

Ce calculateur de gestion du vol 24 peut ainsi utiliser ces valeurs de masse et/ou de position du centre de gravité pour déterminer des paramètres de décollage de l'aéronef. Dans un mode particulier de réalisation, les moyens 22 aptes à déterminer la masse et/ou la position du centre de gravité de l'aéronef sont intégrés dans ledit calculateur de gestion du vol.

De façon préférée, lesdites informations de pesée sont déterminées (par lesdits moyens de pesée ou par l'unité de traitement au soli 18 selon le premier mode ou le second mode de réalisation précités) pendant que l'avion circule sur les moyens de pesée 10, 12, 14. Même si l'aéronef doit avancer à faible vitesse pendant la pesée, cela présente l'avantage d'éviter un arrêt puis un redémarrage de l'aéronef du fait de ladite pesée, d'où un gain de temps et de carburant. De plus, cela présente l'avantage d'éviter des erreurs de mesure statiques des moyens de pesée. Dans un mode de réalisation représenté sur la figure 2, Iles premiers moyens de pesée 10 correspondent à un ensemble de premiers moyens de pesée 10a, 10b, 10c répartis selon l'axe longitudinal de la voie de circulation 4 de façon à permettre la pesée d'aéronefs différents ayant des espacements différents entre les trains principaux et le train avant. De façon similaire, les seconds moyens de pesée 12 et 14 correspondent respectivement à des ensembles de seconds moyens de pesée 12a, 12b et 14a, 14b répartis selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la voie de circulation 4, de façon à permettre la pesée d'aéronefs différents ayant des espacements différents entre les trains principaux droit et gauche. De façon préférée, les seconds moyens de pesée comportent en outre au moins un moyen de pesée central 16 permettant la pesée d'aéronefs comportant au moins un train principal central, parfois aussi appelé ventral. Sur la figure 2, la flèche F représente le sens d'avancement de l'aéronef 1 sur la voie de circulation 4. Dans un mode particulier de réalisation, les premiers moyens de pesée 10a, 10b, 10c formant ledit ensemble de premiers moyens de pesée sont disposés de façon continue sur la voie de circulation 4, de façon à former une zone continue de pesée. Il en est de même pour les seconds moyens de pesée 12a, 12b d'une part et 14a, 14b d'autre part. Les zones continues de pesée correspondant à ces différents moyens de pesée sont conformées de façon à recevoir les trains d'atterrissage des différents aéronefs susceptibles de circuler sur la voie de circulation 4. Dans une variante dudit mode particulier de réalisation, les ensembles de seconds moyens de pesée 12a, 12b d'une part et 14a, 14b d'autre part, ainsi que le moyen de pesée central 16 forment une zone continue de pesée correspondant aux trains principaux. Dans ce cas, les moyens d'acquisition associés aux capteurs et/ou l'unité de traitement au sol 18 iclentifient les positions des différents trains d'atterrissage sur ladite zone continue de pesée correspondant aux trains principaux, de façon à déterminer une information de pesée pour chacun desdits trains d'atterrissage. Dans un mode avantageux de réalisation, les moyens de pesée comportent des capteurs à fibres optiques. Un exemple de réalisation d'un tel moyen de pesée est représenté en vue de dessus sur la figure 3. Ce moyen de pesée est constitué d'une matrice 32 de capteurs à fibres optiques. Cette matrice comporte x lignes Li (i = 1 à x) et y colonnes Cj (j = 1 à y), un capteur à fibre optique Fij étant disposé à l'intersection de chaque ligne Li et de chaque colonne Cj. De préférence, chaque capteur comporte un réseau de Bragg, parfois appelé FBG ( Fiber Bragg Grating en anglais). Un réseau de Bragg peut être utilisé comme extensomètre pour mesurer des déformations (allongement ou compression) selon l'axe longitudinal d'une fibre optique utilisée dans ce réseau de Bragg. Dans le cas de la matrice 32 de capteurs représentée sur la figure 3, chaque capteur Fij comporte un extensomètre à réseau de Bragg disposé de façon à mesurer des déformations verticales. Il est ainsi possible de mesurer une déformation dudit capteur due à la compression exercée sur ce capteur par des roues 30 d'un aéronef circulant sur la matrice 32 de capteurs. La figure 4 représente en vue de dessus des roues 30 d'un train d'atterrissage d'aéronef, sur une matrice 32 de capteurs utilisée comme moyen de pesée. Pour des raisons de clarté de la figure, les autres éléments du train d'atterrissage ne sont pas représentés sur cette figure. Chaque capteur Fij subit une déformation fonction de la partie du poids de l'aéronef supportée par ledit capteur. Au moins une unité électronique d'acquisition (non représentée) reçoit les signaux issus des différents capteurs Fij. En fonction desdits signaux, cette unité d'acquisition détermine pour chaque capteur une valeur de déformation dont on déduit la valeur de la partie du poids de l'aéronef supportée par chaque capteur. En additionnant les valeurs de poids mesurées par l'ensemble des capteurs Fij de la matrice 32, on obtient la valeur du poids de l'aéronef exercé par un train d'atterrissage sur le moyen de pesée correspondant à cette matrice 32. Dans une première variante, ce calcul peut être réalisé par ladite unité électronique d'acquisition qui transmet à l'unité de traitement au sol 18 la valeur du poids de l'aéronef exercé par ledit train d'atterrissage sur la matrice 32. Dans une seconde variante, l'unité électronique d'acquisition envoie à l'unité de traitement au sol 18 les valeurs mesurées correspondant à chaque capteur Fij et l'unité de traitement au sol 18 calcule en conséquence la valeur du poids de l'aéronef exercé par ledit train d'atterrissage sur la matrice 32.

L'unité de traitement au sol 18 acquiert ainsi les valeurs de poids mesurées par chacun des moyens de pesée 10, 12, 14, 16. Elle dispose donc d'informations de pesée correspondant à la valeur du poids de l'aéronef exercé par chacun des trains d'atterrissage 3a, 3b, 3c sur les moyens de pesée correspondants.

Les différents capteurs à réseau de Bragg sont intégrés dans un substrat. Ce substrat peut être composé d'une résine, de béton, etc. L'homme du métier saura choisir ce substrat pour qu'il permette de maintenir les capteurs en position tout en permettant leur déformation sous l'effet du poids de l'aéronef lorsque les roues d'un train d'atterrissage sont disposées sur la matrice de capteurs 32. Dans un mode préféré de réalisation, les mesures réalisées par les différents capteurs Fij sont compensées en température. Pour cela, on dispose d'un capteur à réseau de Bragg utilisé comme référence. Ce capteur est soumis aux mêmes variations de température que les capteurs Fij utilisés pour les mesures, mais il n'est pas soumis aux efforts de compression dus au poids de l'aéronef. De façon connue, l'unité électronique d'acquisition corrige les valeurs mesurées par les différents capteurs Fij en fonction du signal de sortie dudit capteur de référence, de façon à compenser les variations des mesures dues à la température.35

Claims (10)

REVENDICATIONS

1- Système (1) de pesée d'un aéronef (2) comportant des moyens de pesée (10, 12, 14, 16) intégrés dans le sol à des positions susceptibles de recevoir les trains d'atterrissage (3a, 3b, 3c) de l'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une unité (18) de traitement au sol raccordée aux dits moyens de pesée, apte à déterminer des informations de pesée de l'aéronef lorsque les différents trains d'atterrissage (3a, 3b, 3c) de l'aéronef sont sur au moins certains desdits moyens de pesée, et à émettre ces informations de pesée vers l'aéronef.

2- Système de pesée d'un aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre à bord de l'aéronef (2) : - des moyens de réception (20) desdites informations de pesée ; - des moyens (22) aptes à déterminer la masse de l'aéronef et/ou la position du centre de gravité de l'aéronef en fonction au moins desdites informations de pesée.

3- Système de pesée d'un aéronef selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de pesée (10, 12, 14, 16) sont intégrés dans le sol d'une voie de circulation (4) des aéronefs sur un aéroport.

4- Système de pesée d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'unité (18) cle traitement au sol est apte à déterminer lesdites informations de pesée lorsque l'aéronef est en mouvement sur les moyens de pesée.

5- Système de pesée d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'unité de traitement au sol comporte une liaison vers des moyens de gestion de l'aéroport.

6- Système de pesée d'un aéronef selon l'une quelconque des 35 revendications 2 à 5 caractérisé en ce que lesdits moyens (22) aptes àdéterminer la masse et la position du centre de gravité à bord de l'aéronef sont reliés à un calculateur (24) de gestion du vol de l'aéronef de façon à pouvoir transmettre les valeurs de la masse et/ou de la position du centre de gravité de l'aéronef à ce calculateur de gestion du vol.

7- Système de pesée d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de pesée (10, 12, 14, 16) comportent des capteurs à fibres optiques. 10

8- Système de pesée d'un aéronef selon la revendication 7 caractérisé en ce que chaque moyen de pesée (10, 12, 14, 16) comporte une matrice (32) de capteurs à fibres optiques (Fij) du type à réseau de Bragg.

9- Aéronef caractérisé en ce qu'il comporte : 15 - des moyens (20) de réception d'informations de pesée émises par une unité de traitement au sol (18) ; - des moyens (22) aptes à déterminer la masse dudit aéronef et/ou la position du centre de gravité dudit l'aéronef en fonction au moins desdites informations de pesée. 20

10- Aéronef selon la revendication 9 caractérisé en ce que lesdits moyens (22) aptes à déterminer la masse et/ou la position du centre de gravité dudit aéronef comportent une liaison vers un calculateur (24) de gestion du vol de l'aéronef, de façon à transmettre à ce calculateur de 25 gestion du vol les valeurs de la masse et/ou de la position clu centre de gravité déterminées en fonction des informations de pesée reçues de l'unité de traitement au sol.5