FR2929241A1 - Procede et dispositif de reduction du tremblement d'un avion. - Google Patents

Abstract

Le dispositif (1) comporte des moyens (10, 8) pour modifier localement, à l'aide de surfaces de contrôle (4), la portance des ailes de l'avion, au niveau de zones de génération de tremblement.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour réduire de façon dynamique le tremblement d'un avion, en particulier d'un avion de transport, civil ou militaire. Comme précisé ci-dessous, le tremblement ("buffet" en anglais) pris en compte dans la présente invention correspond à des vibrations au niveau de l'avion et particulièrement au niveau du poste de pilotage, qui sont engendrées par des effets aérodynamiques exercés sur la structure des ailes, dus à une séparation de flux. On sait qu'en général, pour des raisons de performances, il est préférable pour un avion de voler, en vol de croisière, à une altitude maximale admissible. Une telle altitude maximale admissible est déterminée pour un avion principalement en fonction de deux critères, à savoir un taux de montée minimal qui présente une valeur prédéterminée, par exemple 300 pieds par minute (environ 5,48 km/h), et une manoeuvrabilité mi- nimale. Concernant cette manoeuvrabilité minimale, la réglementation aéronautique oblige un avion qui plafonne, c'est-à-dire qui vole à l'altitude maximale admissible (pour son poids), de pouvoir réaliser une manoeuvre à 1,3 g, g étant l'accélération de la pesanteur, ce qui entraîne une incidence relativement importante et une demande relativement importante sur les ailes en terme de portance. Dans de telles conditions, cette manoeuvre n'est pas limitée par la portance maximale des ailes, qui autorise généralement une manoeuvre à facteur de charge plus élevée que 1,3 g, mais par des phénomènes vibratoires de l'avion, appelés tremblement, à savoir des vibrations qui sont engendrées par des effets aérodynamiques exercés sur la structure des ailes et dus à une séparation de flux. Ces vibrations peu-vent être telles qu'elles empêchent le pilote de lire les instruments de bord ou de commander le facteur de charge requis de 1,3 g. La réglementation aéronautique a, pour ces raisons, défini une limite de tremblement ("buffet onset" en anglais) qui représente un niveau de vibration maximal acceptable (dans le poste de pilotage). Par conséquent, la manoeuvre minimale précitée à 1,3 g doit être réalisée avant que cette limite de tremblement soit atteinte ou dans le cas extrême au moment où cette limite est atteinte. La réduction dynamique de tremblement conforme à l'invention a, par conséquent, pour objet d'agir sur cette limitation dans le but de faciliter la réalisation de la manoeuvre minimale précitée. ~o On sait qu'un tremblement de type précité apparaît lorsqu'un ni-veau de portance élevé est engendré sur une section particulière d'une aile, en raison d'une séparation de flux qui crée des forces aérodynamiques instables sur l'aile, forces qui engendrent des vibrations dans la structure de l'avion. En général, une première séparation de flux apparaît 15 sur la partie externe de chaque aile. Différentes solutions usuelles existent pour retarder cette séparation de flux et donc l'apparition d'un tremblement. Une première solution usuelle consiste à réduire le niveau de portance dans la zone concernée (de génération de tremblement) de l'aile, par 20 exemple sa partie externe. Dans ce cas, on engendre une portance plus importante sur la partie interne de l'aile et une portance plus faible sur la partie externe de l'aile. Un tel changement de portance peut notamment être obtenu en modifiant le vrillage de l'aile. Toutefois, cette solution usuelle modifie la répartition de portance de l'aile, qui est généralement 25 définie pour des performances maximales en vol de croisière, ce qui dé-grade la performance de l'aile au cours du vol et en particulier en vol de croisière (à 1 g en général). Une seconde solution usuelle consiste à monter des générateurs de tourbillons sur les ailes, qui correspondent à des éléments mécaniques agissant sur le flux et qui ont pour but de stabiliser le flux dans la zone concernée de chaque aile et ainsi de limiter la réponse structurelle de cette dernière et donc le niveau de vibrations. De tels générateurs de tourbillons améliorent la qualité du flux à haute incidence, mais engendrent une traî- née dans les conditions de vol normales, en raison de leur présence sur les ailes, ce qui peut dégrader les performances de l'avion. Par conséquent, les solutions usuelles précitées permettant de limiter l'apparition d'un tremblement, agissent négativement sur les performances de vol de l'avion, et ne sont donc pas satisfaisantes.

La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un procédé qui permet de réduire dynamiquement, de façon simple et efficace, le tremblement d'un avion, sans agir négative-ment sur les performances de vol de cet avion. A cet effet:, selon l'invention, ledit procédé est remarquable en ce que : on surveille l'état de l'avion en vol de manière à pouvoir détecter un risque de tremblement correspondant à une situation pour laquelle l'avion se trouve dans un domaine de vol particulier ; et lorsqu'un risque de tremblement est détecté au cours du vol, on braque automatiquement, sur chaque aile de l'avion, à une vitesse de braquage prédéterminée, au moins une surface de contrôle qui est agencée au ni-veau du bord de fuite de l'aile correspondante et qui est susceptible d'agir sur la portance de cette aile, de manière à amener les surfaces de contrôle à des positions respectives prédéterminées afin de modifier le profil de la portance des ailes le long de leur envergure dans le but de réduire localement la portance au niveau d'au moins une zone de génération de tremblement de chaque aile. Ainsi, grâce à l'invention, lors d'un risque d'apparition d'un tremblement (et seulement dans ce cas), on réduit localement la portance des ailes au niveau des zones de génération de tremblement, ce qui permet de réduire de façon dynamique le tremblement de l'avion. En effet, en réduisant la portance au niveau de ces zones de génération de tremblement, on retarde la séparation de flux génératrice du tremblement, et on retarde ainsi le moment où est atteinte la limite de tremblement précitée. Ainsi, grâce à l'invention, il n'est pas nécessaire notamment de modifier la forme de l'aile (qui peut être ainsi optimisée pour un vol en croisière à 1 g) pour permettre à l'avion de réaliser la manoeuvre minimale précitée à 1,3 g, qui est requise par la réglementation aéronautique. Par conséquent, on peut se passer, complètement ou au moins en partie, des solutions usuelles précitées, qui agissent négativement sur les performances de l'avion. De plus, comme le braquage des surfaces de contrôle est unique-ment réalisé en cas de risque d'apparition d'un tremblement, la solution conforme à l'invention n'engendre aucune action sur le vol dans toutes les phases de vol pour lesquelles un tel risque n'existe pas, et n'agit donc pas négativement sur les performances de l'avion. Dans un mode de réalisation particulier, lorsqu'un risque de tremblement est détecté, on braque automatiquement, sur chaque aile, au moins deux surfaces de contrôle qui sont susceptibles d'être braquées de façon indépendante. De préférence, lesdites surfaces de contrôle comportent des ailerons et/ou des volets de l'avion qui sont agencés au niveau des bords de fuite des ailes de l'avion.

Dans le cas d'un volet, de façon avantageuse, la vitesse de braquage prédéterminée du volet est comprise entre 0,2°/s et 2°/s et la position prédéterminée, obtenue après le braquage, présente un braquage qui est compris entre -5° et +5° par rapport à la position initiale avant le braquage.

Par ailleurs, dans le cadre de la présente invention, ladite réduction dynamique du tremblement peut être activée lorsque l'avion est amené dans l'un de différents domaines de vol particuliers (générateurs de tremblement). Dans un mode préféré, l'avion se trouve dans un tel domaine de vol particulier, pour lequel on détecte un risque de tremblement, lorsque les deux conditions suivantes sont remplies simultanément : l'altitude de l'avion est supérieure à une altitude prédéterminée ; et un ordre en facteur de charge qui est commandé par un pilote de l'avion est supérieur à une valeur prédéterminée de facteur de charge.

La présente invention concerne également un dispositif de réduc- tion dynamique du tremblement d'un avion, en particulier d'un avion de transport, civil ou militaire. Selon l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte : ù des premiers moyens pour surveiller l'état de l'avion en vol de manière à pouvoir détecter un risque de tremblement correspondant à une situation pour laquelle l'avion se trouve dans un domaine de vol particulier ; pour chaque aile de l'avion, au moins une surface de contrôle qui est agencée au niveau du bord de fuite de l'aile correspondante et qui est apte à agir sur la portance de cette aile ; et des seconds moyens pour déterminer automatiquement des ordres de braquage et les transmettre automatiquement à des actionneurs desdites surfaces de contrôle, lorsqu'un risque de tremblement est détecté par lesdits premiers moyens, lesdits seconds moyens étant formés de manière à déterminer des ordres de braquage destinés à amener lesdites surfaces de contrôle, à des vitesses de braquage respectives prédéterminées, à des positions respectives prédéterminées permettant de modifier le profil de la portance des ailes le long de leur envergure de ma- nière à réduire localement la portance au niveau d'au moins une zone de génération de tremblement de chaque aile. La présente invention concerne également un avion, en particulier un avion de transport, qui comporte un dispositif tel que celui précité.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention destiné à réduire dynamiquement le tremblement d'un avion. 1 o La figure 2 est une vue de dessus d'un avion, permettant de montrer des surfaces de contrôle qui sont braquées conformément à l'invention. Les figures 3A et 3B représentent de façon schématique un avion sur lequel on. a mis en évidence la distribution de la portance au cours 15 d'un vol, respectivement en l'absence d'un dispositif conforme à l'invention et lors de l'activation d'un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique-ment sur la figure 1, est destiné à réduire de façon dynamique le tremble-ment d'un avion A, en particulier d'un avion de transport, civil ou militaire. 20 Dans le cadre de la présente invention, on entend par tremblement ("buffet" en onglons) des vibrations au niveau de l'avion A et particulière-ment au niveau du poste de pilotage, qui sont engendrées par des effets aérodynamiques exercés sur la structure des ailes 6, dus à une séparation de flux. Ce tremblement apparaît lorsque l'avion A se trouve dans un do- 25 moine de vol particulier. Selon l'invention, ledit dispositif 1 qui est embarqué, comporte : ù des moyens 2 pour surveiller l'état de l'avion A en vol de manière à pouvoir détecter un risque de tremblement correspondant à une situa- tion pour laquelle l'avion A se trouve dans un domaine de vol particulier (générateur de tremblement), comme précisé ci-dessous ; - un ensemble 3 de surfaces de contrôle 4 qui sont agencées au niveau des bords de fuite 5 des ailes 6, qui sont aptes à agir sur la portance d'une aile 6, et qui sont susceptibles d'être braquées de façon indépendante. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on prévoit au moins une surface de contrôle 4 de ce type sur chaque aile 6 de l'avion A ; û un ensemble 7 d'actionneurs 8 usuels, qui sont reliés respectivement par l'intermédiaire de liaisons 9 auxdites surfaces de contrôle 4 et qui sont susceptibles de modifier les angles de braquage respectifs de ces surfaces de contrôle 4, en fonction d'ordres de braquage reçus ; et û des moyens 10 qui font par exemple partie d'un calculateur de vol usuel de l'avion A, qui sont reliés par l'intermédiaire de liaisons 11 et 12 respectivement auxdits moyens 2 et audit ensemble 7 d'actionneurs 8 et qui sont formés de manière à déterminer automatiquement des ordres de braquage et à les transmettre automatiquement auxdits actionneurs 8 des surfaces de contrôle 4, lorsqu'un risque de tremblement est détecté par lesdits moyens 2. Ces moyens 10 sont formés de manière à déterminer des ordres de braquage destinés à amener lesdites surfaces de contrôle 4, suivant des vitesses de braquage prédéterminées, à des positions respectives prédéterminées permettant de modifier le profil de la portance des ailes 6 le long de leur envergure de manière à réduire localement la portance au niveau d'au moins une zone 13 de génération de tremblement de chaque aile 6.

Ainsi, lors d'un risque d'apparition d'un tremblement (et seulement dans ce cas), le dispositif 1 conforme à l'invention réduit localement la portance des ailes 6, et ceci au niveau de zones 13 de génération de tremblement, ce qui permet de réduire de façon dynamique le tremblement de l'avion A. En effet, en réduisant la portance au niveau desdites zones 8

13 de génération de tremblement, ledit dispositif 1 retarde la séparation de flux génératrice du tremblement qui y est engendrée, et il retarde ainsi le moment où est atteinte la limite de tremblement de l'avion A. Sur la figure 3A, on a représenté la répartition de la portance sur les ailes 6 de l'avion A le long de leur envergure : avec un tracé 1 4 en traits interrompus, pour une manoeuvre à 1 g qui correspond généralement à un vol en croisière ; et par un trait continu 15, pour une manoeuvre à 1,3 g. Cette figure 3A correspond à une situation usuelle en l'absence d'un dispositif 1 conforme à l'invention (ou lorsque ce dernier est présent sur l'avion, mais n'est pas activé ou est en panne). La figure 3B correspond à une situation similaire, pour laquelle le dispositif 1 conforme à l'invention est en revanche activé. Comme on peut le voir sur cette figure 3B (avec un tracé 16 en trait continu montrant la répartition de la portance lors d'une activation), le dispositif 1 conforme à l'invention permet de réduire la portance au niveau des zones externes 13 des ailes 6, qui sont des zones de génération de tremblement pour ce type d'avion A. La réduction de portance au niveau de ces zones 13 permet donc de retarder l'apparition du tremblement. Bien entendu, si pour un type d'avion particulier ou pour un domaine de vol particulier, les zones de génération de tremblement sont situées à un autre endroit sur les ailes 6, par exemple sur leur partie interne, le dispositif 1 commande les surfaces de contrôle 4 pour réduire la portance à cet autre endroit. Ainsi, grâce à l'action du dispositif 1 conforme à l'invention, il n'est pas nécessaire, notamment, de modifier la forme des ailes 6 (qui peuvent être ainsi optimisées pour un vol en croisière à 1 g) pour permettre à l'avion A de réaliser une manoeuvre minimale telle que précitée à 1,3 g, qui est requise par la réglementation aéronautique.

De plus, comme le braquage des surfaces de contrôle 4 est uniquement réalisé en cas de risque d'apparition d'un tremblement, le dispositif 1 conforme à l'invention n'engendre aucune action sur le vol dans toutes les phases de vol pour lesquelles un tel risque n'existe pas, et n'agit donc pas négativement sur les performances de l'avion A, notamment en vol de croisière. De préférence, lesdites surfaces de contrôle 4 comportent des ailerons 4A, 4B et/ou des volets 4C, 4D qui sont agencés au niveau des bords de fuite 5 des ailes 6 de l'avion A, comme représenté sur la figure 2. Dans le cas d'un volet 4B, 4C, dans un mode de réalisation préféré : la vitesse de braquage prédéterminée du volet 4E3, 4C est comprise dans le domaine de valeurs [0,2°/s ; 2°/s] et est, de préférence, égale à 0,5'/s ; et la position prédéterminée, obtenue après le braquage, présente un braquage qui est compris dans le domaine de valeurs [ù5' ; + 50] et qui est, de préférence, égal à 2°, par rapport à la position initiale avant le braquage.

Avec une telle vitesse de braquage prédéterminée, la position de braquage définitive est obtenue environ quatre secondes après le début de l'actionnement, ce qui permet d'obtenir cette position de braquage finale au moment où l'avion A atteint 1,3 g à partir d'une position initiale de 1 g, si on commence le braquage dès la commande de cette manoeuvre. En effet, généralement, lorsqu'un avion A vole à son altitude maximale il lui faut environ quatre à cinq secondes pour atteindre 1,3 g, à partir d'un vol en croisière à 1 g. Par ailleurs, dans le cadre de la présente invention, ladite réduction dynamique du tremblement est activée lorsque l'avion A est amené dans un domaine de vol particulier (générateur de tremblement). Dans un mode de réalisation préféré, l'avion A se trouve dans un tel domaine de vol par- ticulier, pour lequel les moyens 2 détectent un risque de tremblement, lorsque les deux conditions suivantes sont remplies simultanément : û l'altitude de l'avion A est supérieure à une altitude prédéterminée. Pour ce faire, le dispositif 1 comporte, de plus, des moyens usuels (non représentés) pour mesurer l'altitude courante de l'avion A et des moyens (non représentés) pour comparer cette altitude courante mesurée à la-dite altitude prédéterminée, par exemple une altitude qui est inférieure d'une marge prédéterminée d'une altitude maximale admissible ; et un ordre en facteur de charge qui est commandé par un pilote de l'avion A est supérieur à une valeur prédéterminée de facteur de charge, par exemple 1,2 g, ce qui signifie que le pilote commande un ordre supérieur à cette valeur, par exemple un ordre à 1,3 g. Pour ce faire, le dis- positif 1 comporte, de plus, des moyens usuels (non représentés) pour mesurer le facteur de charge commandé par le pilote, en particulier à l'aide d'un manche de commande, et des moyens (non représentés) pour comparer ce facteur de charge commandé mesuré à ladite valeur prédéterminée.

Par ailleurs, dans un autre mode de réalisation particulier, ledit domaine de vol (générateur de tremblement) peut être défini à partir d'une logique basée sur l'altitude avec une mesure du facteur de charge actuel, et non d'un facteur de charge piloté. On peut également baser l'activation, non pas sur une altitude, mais sur un niveau de coefficient de portance réduit qui indique que l'on est dans une zone où l'aile est à fort coefficient de portance, c'est-à-dire dans une zone où un tremblement peut apparaître s'il existe une demande de facteur de charge. Dans le mode de réalisation préféré représenté sur la figure 2, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte, pour chaque aile 6 de l'avion A, quatre surfaces de commande 4, à savoir deux ailerons 4A et 4B et deux volets 4C et 4D. Dans ce cas, pour réaliser une réduction dynamique du tremblement, le dispositif 1 peut braquer, sur chaque aile 6 : ù l'aileron externe 4A vers le haut de 5' ; ù l'aileron interne 4B également vers le haut de 5' ; le volet externe 4C vers le haut de 3° ; et - le volet interne 4D vers le bas de 2°.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de réduction dynamique du tremblement d'un avion, caractérisé en ce que : on surveille l'état de l'avion (A) en vol de manière à pouvoir détecter un risque de tremblement correspondant à une situation pour laquelle l'avion (A) se trouve dans un domaine de vol particulier ; et lorsqu'un risque de tremblement est détecté au cours du vol, on braque automatiquement, sur chaque aile (6) de l'avion (A), à une vitesse de braquage prédéterminée, au moins une surface de contrôle (4) qui est agencée au niveau du bord de fuite (5) de l'aile (6) correspondante et qui est susceptible d'agir sur la portance de cette aile (6), de manière à amener les surfaces de contrôle (4) à des positions respectives prédéterminées afin de modifier le profil de la portance des ailes (6) le long de leur envergure dans le but de réduire localement la portance au niveau d'au moins une zone (13) de génération de tremblement de chaque aile (6).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites surfaces de contrôle (4) est un aileron (4A, 4B) de l'avion (A).
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites surfaces de contrôle (4) est un volet (4C, 4D) de l'avion (A).
4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse de braquage prédéterminée du volet (4B) est comprise entre 0,2°/s et 2°/s et la position prédéterminée, obtenue après le braquage, présente un braquage qui est compris entre -5° et + 5 ° par rapport à la position initiale avant le braquage.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'avion (A) se trouve dans ledit domaine de vol particulier, pour lequel on détecte un risque de tremblement, lorsque les deux conditions suivantes sont remplies simultanément : l'altitude de l'avion (A) est supérieure à une altitude prédéterminée ; et un ordre en facteur de charge qui est commandé par un pilote de l'avion (A) est supérieur à une valeur prédéterminée de facteur de charge.
6. 6. Dispositif de réduction dynamique du tremblement d'un avion, caractérisé en ce qu'il comporte : ù des premiers moyens (2) pour surveiller l'état de l'avion (A) en vol de manière à pouvoir détecter un risque de tremblement correspondant à une situation pour laquelle l'avion (A) se trouve dans un domaine de vol particulier ; pour chaque aile (6) de l'avion (A), au moins une surface de contrôle (4) qui est agencée au niveau du bord de fuite (5) de l'aile (6) et qui est apte à agir sur la portance de cette aile (6) ; et des seconds moyens (10) pour déterminer automatiquement des ordres de braquage et les transmettre automatiquement à des actionneurs (8) desdites surfaces de contrôle (4), lorsqu'un risque de tremblement est détecté par lesdits premiers moyens (2), lesdits seconds moyens (10) étant formés de manière à déterminer des ordres de braquage destinés à amener lesdites surfaces de contrôle (4), à des vitesses de braquage respectives prédéterminées, à des positions respectives prédéterminées permettant de modifier le profil de la portance des ailes (6) le long de leur envergure de manière à réduire localement la portance au niveau d'au moins une zone (13) de génération de tremblement de chaque aile (6).
7. 7. Avion, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) tel que celui spécifié sous la revendication 6.