FR2938924A1 - Procede et dispositif de determination de parametres anemometriques d'un aeronef. - Google Patents
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Abstract
Le dispositif (1) comporte quatre anémomètres laser (A1, A2, A3, A4) qui sont montés par paires (CA, CB) de façon symétrique sur l'aéronef et des moyens (4, 5) pour déterminer l'angle de dérapage et l'angle d'incidence de l'aéronef, à l'aide des mesures réalisées par ces anémomètres laser (A1, A2, A3, A4).
Description
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détermination de paramètres anémométriques d'un aéronef, en particulier d'un avion de transport. On sait qu'à bord d'un aéronef, il est important de connaître cer- taines informations relatives au vol de l'aéronef. Des techniques de mesures anémométriques permettent de connaître de telles informations. Il peut s'agir notamment de paramètres relatifs à l'air environnant de l'aéronef, tels que la pression statique, la pression dynamique ou la température totale. Il peut également s'agir de paramètres relatifs à la position de l'aéronef dans son environnement, tels que la vitesse de l'aéronef, son angle d'incidence ou son angle de dérapage. L'angle d'incidence est l'angle entre la direction de l'écoulement de l'air et la trajectoire horizon-tale de l'aéronef, et l'angle de dérapage est l'angle entre la direction de l'écoulement de l'air et la trajectoire de l'aéronef.
A partir de la valeur de certains de ces paramètres, il est possible de déterminer la valeur de certains autres de ces paramètres. Aussi, pour connaître la valeur de tous les paramètres anémométriques utiles à bord de l'aéronef, on mesure certains de ces paramètres anémométriques, et on déduit les autres paramètres à partir de ces mesures.
Actuellement, on mesure les paramètres à bord de l'aéronef, généralement, au moyen de différentes sondes qui sont placées à l'extérieur de l'aéronef, sur la peau externe de ce dernier. Il est également connu de mesurer certains de ces paramètres anémométriques à l'aide d'un anémomètre laser, comme décrit par exem- ple dans le document WO-2007/036662 qui concerne un système de sur- veillance de paramètres anémobaroclinométriques d'un aéronef.
Bien que non exclusivement, la présente invention s'applique plus particulièrement à la détermination simultanée de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage d'un aéronef. On sait qu'une sonde usuelle destinée à mesurer à la fois l'angle d'incidence et l'angle de dérapage, qui est installée d'un seul côté de l'aéronef, ne permet pas de fournir des mesures suffisantes pour calculer directement les valeurs desdits angles d'incidence et de dérapage. En effet, la mesure, en n'importe quel point de l'aéronef (excepté dans un plan horizontal qui est parallèle au plan général de la surface portante, et dans un plan longitudinal vertical qui est orthogonal à ce plan horizontal), réalisée par une sonde anémométrique dépend, notamment, simultanément, de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage. La mesure ainsi réalisée correspond donc à une combinaison de ces deux angles (d'incidence et de dérapage) rendant impossible une détermination exacte et indépendante de chacun de ces angles. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un procédé permettant de déterminer automatique-ment des paramètres anémométriques sur un aéronef, et au moins, directement et simultanément, l'angle d'incidence et l'angle de dérapage de l'aéronef. A cet effet, selon l'invention, ledit procédé du type utilisant au moins un anémomètre laser qui est susceptible de mesurer la vitesse du vent selon un axe laser, est remarquable en ce que l'on monte quatre anémomètres laser par paires sur l'aéronef, lesdites paires étant montées de façon symétrique par rapport à un plan vertical qui correspond à un plan passant par l'axe longitudinal de l'aéronef et orthogonal au plan général de la surface portante dudit aéronef, et en ce que : 3
à l'aide de chacun desdits anémomètres laser, on réalise une mesure du vent, chacune desdites mesures représentant la projection du vecteur vitesse du vent sur l'axe laser correspondant ; pour chaque paire d'anémomètres laser, on projette les deux mesures (réalisées par les deux anémomètres de la paire) sur un plan de référence associé et on calcule un vecteur vitesse résultant de ces deux projections dans ce plan de référence, ledit plan de référence qui est associé à une paire d'anémomètres laser étant un plan qui est parallèle au plan tangent à la structure de l'aéronef au niveau d'un point de référence qui dépend de l'agencement des deux anémomètres laser de la-dite paire sur l'aéronef ; et à l'aide des deux vecteurs vitesse ainsi calculés (un vecteur vitesse par paire d'anémomètres), ainsi que d'au moins une table de référence, on détermine les valeurs respectivement de l'angle d'incidence et de 15 l'angle de dérapage de l'aéronef. Ainsi, grâce notamment à des mesures réalisées à partir de paires d'anémomètres laser, qui sont installées de façon symétrique par rapport audit plan vertical, on obtient, dans des plans de référence particuliers, deux vecteurs vitesse qui dépendent tous deux de l'angle d'incidence et 20 de l'angle de dérapage. A partir de ces deux vecteurs vitesse, et d'au moins une table de référence précisée ci-dessous, on est en mesure de déterminer directement un couple unique d'angles de dérapage et d'incidence. Par conséquent, grâce à l'invention, on est capable de déterminer, 25 de façon simple, rapide et précise, simultanément l'angle de dérapage et l'angle d'incidence de l'aéronef. En outre, de façon avantageuse : pour une paire d'anémomètres laser, pour laquelle les axes laser correspondants débouchent d'un même point de la structure, ledit point de référence correspond à ce point de la structure ; ou pour une paire d'anémomètres laser, pour laquelle les deux axes laser correspondants débouchent de deux points différents de la structure, ledit point de référence correspond au milieu de ces deux points. Par ailleurs, avantageusement, on détermine la température extérieure, et on calcule la vitesse vraie de type TAS ("True Air Speed" en anglais), à l'aide de la température extérieure ainsi déterminée et desdits deux vecteurs vitesse. La présente invention concerne également un dispositif de détermination de paramètres anémométriques d'un aéronef, ledit dispositif comprenant au moins un anémomètre laser usuel qui est susceptible de mesurer la vitesse du vent selon un axe laser.
Selon l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il com- porte : quatre anémomètres laser qui sont agencés par paires sur l'aéronef, lesdites paires étant montées de façon symétrique par rapport à un plan vertical qui correspond à un plan passant par l'axe longitudinal de l'aéronef et orthogonal au plan général de la surface portante dudit aéronef, chacun desdits anémomètres laser réalisant une mesure du vent, qui représente la projection du vecteur vitesse du vent sur l'axe laser correspondant ; et des premiers moyens de traitement pour projeter, pour chaque paire d'anémomètres laser, les deux mesures sur un plan de référence associé et pour calculer un vecteur vitesse résultant de ces deux projections dans ce plan de référence, ledit plan de référence qui est associé à une paire d'anémomètres laser étant un plan qui est parallèle au plan tan-gent à la structure de l'aéronef au niveau d'un point de référence qui dépend de l'agencement des deux anémomètres laser de ladite paire sur l'aéronef ; et ù des seconds moyens de traitement pour déterminer à l'aide des deux vecteurs vitesse ainsi calculés, ainsi que d'au moins une table de réfé- rence, les valeurs respectivement de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage de l'aéronef. La présente invention concerne également un aéronef, en particulier un avion de transport (notamment civil), 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.
La figure 2 montre schématiquement un aéronef, sur lequel on a mis en évidence l'orientation des axes laser d'anémomètres laser faisant partie d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 3 est un graphique permettant d'expliquer des calculs mis en oeuvre par le dispositif conforme à l'invention.
Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique-ment sur la figure 1 est destiné à déterminer des paramètres anémobarométriques d'un aéronef A, en particulier d'un avion de transport. Pour ce faire, selon l'invention, ledit dispositif 1 qui est embarqué comporte, comme représenté sur la figure 1 : û quatre anémomètres laser A1, A2, A3 et A4 d'axes laser respectifs L1, L2, L3 et L4, qui sont agencés par paires CA et CB sur l'aéronef A. Ces deux paires CA et CB sont montées de façon symétrique l'une de l'autre, par rapport à un plan vertical PO qui correspond à un plan passant par l'axe longitudinal de l'aéronef A et orthogonal au plan général de la 6
surface portante (c'est-à-dire des ailes 2 et 3) dudit aéronef A, comme représenté sur la figure 2. Chacun desdits anémomètres laser A1, A2, A3, A4 réalise, de façon usuelle, une mesure du vent. Cette mesure représente la projection (illustrée par un vecteur V1, V2, V3, V4 sur la fi- gure 3) du vecteur vitesse du vent sur l'axe laser L1, L2, L3, L4 correspondant ; des moyens de traitement 4 pour réaliser les traitements suivants pour chacune desdites paires CA et CB : projeter les deux mesures sur un plan de référence associé (V1 et V2 sur un plan PA pour la paire CA ; V3 et V4 sur un plan PB pour la paire CB) et calculer un vecteur vitesse VA, VB résultant de ces deux projections dans ce plan de référence PA, PB. Le vecteur vitesse VA est obtenu par la somme vectorielle des projections sur le plan PA des vecteurs V1 et V2 mesurés, et le vecteur vitesse VB est obtenu par la somme vectorielle des projections sur le plan PB des vecteurs V3 et V4 mesurés ; et des moyens de traitement 5 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liai-son 6 auxdits moyens de traitement 4 et qui sont formés de manière à déterminer, à l'aide des deux vecteurs vitesse VA et VB ainsi calculés, ainsi que d'au moins une table de référence précisée ci-dessous, les valeurs respectivement de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage de l'aéronef A. Les deux vecteurs vitesse VA et VB tels que définis précédemment dépendent, en effet, chacun, à la fois de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage de l'aéronef A.
On sait que : l'angle d'incidence est l'angle entre la corde des ailes 2 et 3 de l'aéronef A et la direction du flux d'air dans lequel avance l'aéronef A ; et l'angle de dérapage est l'angle de l'air par rapport à la trajectoire de l'aéronef A.
Ledit plan de référence PA, PB (représenté sur la figure 3) qui est associé à une paire CA, CB d'anémomètres laser est un plan qui est parallèle à un plan PAO, PBO et qui est situé au niveau du ou des volumes de mesure des anémomètres laser. Le plan PAO, PBO est tangent à la struc- ture de l'aéronef A au niveau d'un point de référence RA, RB, précisé ci-dessous, qui dépend de l'agencement des deux anémomètres laser de la-dite paire CA, CB sur l'aéronef A. Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de traite-ment 4 et 5 font partie d'une unité de traitement 7 qui est reliée par l'in- termédiaire de liaisons 8, 9, 10 et 1 1 respectivement auxdits anémomètres laser Al, A2, A3 et A4. Ledit dispositif 1 comporte, de plus, des moyens d'affichage 1 2 qui sont reliés par l'intermédiaire d'une liaison 13 à ladite unité de traitement 7 et qui sont susceptibles de présenter les paramètres déterminés automatiquement par ladite unité de traitement 7 à un pilote de l'aéronef, en particulier en les affichant sur un écran de visualisation 14. Ainsi, grâce aux mesures réalisées à partir de paires CA et CB d'anémomètres laser, paires qui sont installées de façon symétrique par rapport à un plan vertical P0, on obtient, dans des plans de référence PA et PB particuliers, deux vecteurs vitesse VA et VB qui dépendent tous deux de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage de l'aéronef A. A partir de ces deux vecteurs vitesse VA et VB, et d'au moins une table de référence précisée ci-dessous, les moyens de traitement 5 sont capables de déterminer directement un couple unique d'angles de dérapage et d'incidence. Par conséquent, le dispositif 1 conforme à l'invention est en me-sure de déterminer, de façon simple, rapide et précise, simultanément l'angle de dérapage et l'angle d'incidence de l'aéronef A.
Dans un premier mode de réalisation, pour une paire d'anémomètres laser du dispositif 1, les axes laser L3 et L4 correspondants débouchent d'un seul et même point RB de la structure de l'aéronef A. Dans ce cas, ledit point de référence RB correspond à ce point de la structure, comme représenté sur la partie droite D de la figure 3. En outre, dans un second mode de réalisation, pour une paire d'anémomètres laser du dispositif 1, les deux axes laser L1 et L2 correspondants débouchent de deux points différents de la structure de l'aéronef A (et réalisent les mesures, soit au niveau d'un seul et même volume de mesure, comme représenté sur la figure 3, soit au niveau de deux volumes de mesure différents). Dans ce cas, ledit point de référence RA correspond au milieu de ces deux points de la structure, comme représenté sur la partie gauche G de la figure 3. Dans le cadre de la présente invention, les deux paires CA et CB d'anémomètres laser sont montées de façon symétrique, soit de la manière représentée sur la partie droite D de la figure 3, soit de la manière représentée sur la partie gauche G de la figure 3. Par ailleurs, comme indiqué précédemment, pour déterminer les valeurs courantes respectivement de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage, les moyens de traitement 5 utilisent au moins une table de référence. Cette table de référence (ou table de correction aérodynamique) fournit pour un couple unique de vecteurs vitesse VA et VB (déterminés de la manière définie précédemment) un couple unique d'angles d'incidence et de dérapage.
A titre d'illustration, une méthode de détermination d'un couple (a, 3) d'angle d'incidence a et d'angle de dérapage (3 peut être la suivante, en utilisant la mesure de chaque côté de l'aéronef A d'un angle Bg(a,P) et ed(a,(3) : A/ on se place d'abord à [3=0 et on obtient O'g(a,13 = 0) = e'd(a,(3 = 0) = 8'(a) =y.a
BI on détermine la valeur de pi avec un développement au premier ordre :
a8(a) Og(a, [3) = y.ai + ali •I pi 1
a0(a) 8d(a, (3) = y.ai + aR • pi a0(a) aa Og(a,13) = y.ai + Pif aa a(3
8d(a, P) = y.ai • + a~aal aa Pi 1 Og(a, (3) = y.ai + a 3 •1 Pi Od(a, (3) = y.ai • + agi Pi CI la détermination de agi est connue et correspond à une constante K qui dépend du type d'aéronef A et de l'emplacement des sondes, quel-les qu'elles soient (en l'occurrence des anémomètres laser Al à A4).
Cette constante K est donnée par une table de correspondance entre a et 13 par le même biais [développement au premier ordre de a((3) et
étude des variations de f3 en fonction de a autour des angles a considérés, avec généralement a= 8°1 que précédemment, mais avec des simulations et un maillage aérodynamique autour de l'aéronef A ; et
D/ la résolution du système d'équations, grâce aux mesures à droite et à gauche, permet d'établir une bijection entre les mesures de chaque côté de l'aéronef A et le couple (a,13).
Un anémomètre laser Al, A2, A3, A4, tel que considéré dans la
présente invention, utilise, pour réaliser des mesures, le décalage fréquen-
tiel que subit une onde lumineuse monochromatique, en particulier une
onde laser, lorsqu'elle est rétrodiffusée par des aérosols (particules et/ou molécules) présents dans l'air. Ce décalage permet de déterminer la com- posante du vecteur vitesse du vent suivant l'axe de visée (ou axe laser). Plus précisément, l'anémomètre laser Al, A2, A3, A4 émet un rayonne-ment laser (le long de son axe laser L1, L2, L3, L4) à une distance prédéterminée de quelques mètres ou de quelques dizaines de mètres au-delà de l'aéronef A dans un volume de mesure M1, M2, M3, M4, et il réceptionne ce rayonnement laser après rétrodiffusion par l'air. La composante V1, V2, V3, V4 (à déterminer) du vecteur vitesse suivant l'axe laser L1, L2, L3, L4 est alors directement liée au changement de la longueur d'onde du rayonnement laser.
Sur la figure 2, on a représenté les quatre axes laser L1 à L4 des quatre anémomètres laser Al à A4 du dispositif 1, ainsi que les volumes de mesure M1 à M4 associés, qui sont mis en évidence de façon schéma-tique par des points noirs. Dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif 1 comporte également des moyens usuels (non représentés) pour déterminer (ou mesurer) la température extérieure, et l'unité de traitement 7 comporte également des moyens intégrés (non représentés) pour calculer la vitesse vraie de type TAS de l'aéronef A, c'est-à-dire la vitesse du centre de gravité de l'aéronef A par rapport à l'air non perturbé, à l'aide de la tempéra- ture extérieure ainsi déterminée et des deux vecteurs vitesse VA et VB précités.
Claims (6)
- REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de paramètres anémométriques d'un aéronef (A), ledit procédé utilisant au moins un anémomètre laser (Al à A4) qui est susceptible de mesurer la vitesse du vent selon un axe laser (L1 à L4), caractérisé en ce que l'on monte quatre anémomètres laser (Al à A4) par paires (CA, CB) sur l'aéronef (A), lesdites paires (CA, CB) étant montées de façon symétrique par rapport à un plan vertical (P0) qui correspond à un plan passant par l'axe longitudinal de l'aéronef (A) et orthogonal au plan général de la surface portante (2, 3) dudit aéronef (A), et en ce que : à l'aide de chacun desdits anémomètres laser (Al à A4), on réalise une mesure du vent, chacune desdites mesures représentant la projection (V 1 à V4) du vecteur vitesse du vent sur l'axe laser (L1 à L4) correspondant ; pour chaque paire (CA, CB) d'anémomètres laser, on projette les deux mesures (V1, V2 ; V3, V4) sur un plan de référence (PA, PB) associé et on calcule un vecteur vitesse (VA, VB) résultant de ces deux projections dans ce plan de référence (PA, PB), ledit plan de référence (PA, PB) qui est associé à une paire d'anémomètres laser (CA, CB) étant un plan qui est parallèle au plan (PAO, PBO) tangent à la structure de l'aéronef (A) au niveau d'un point de référence (RA, RB) qui dépend de l'agencement des deux anémomètres laser de ladite paire (CA, CB) sur l'aéronef (A) ; et à l'aide des deux vecteurs vitesse (VA, VB) ainsi calculés, ainsi que d'au moins une table de référence, on détermine les valeurs respectivement de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage de l'aéronef (A).
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une paire d'anémomètres laser, les axes laser (L3, L4) correspondants débouchent d'un même point de la structure, et en ce que ledit point de référence (RB) correspond à ce point de la struc- ture.
- 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour une paire d'anémomètres laser, les deux axes laser (L1, L2) correspondants débouchent de deux points différents de la structure, et en ce que ledit point de référence (RA) correspond au milieu 1 o de ces deux points.
- 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine la température extérieure, et en ce que l'on calcule la vitesse vraie de l'aéronef (A), à l'aide de la température extérieure ainsi déterminée et desdits deux vecteurs vitesse. 15
- 5. Dispositif de détermination de paramètres anémométriques d'un aéronef, ledit dispositif (1) comprenant au moins un anémomètre laser (Al à A4) qui est susceptible de mesurer la vitesse du vent selon un axe laser (L1 à L4), caractérisé en ce qu'il comporte : 20 quatre anémomètres laser (Al à A4) qui sont agencés par paires (CA, CB) sur l'aéronef (A), lesdites paires (CA, CB) étant montées de façon symétrique par rapport à un plan vertical (PA, PB) qui correspond à un plan passant par l'axe longitudinal de l'aéronef (A) et orthogonal au plan général de la surface portante (2, 3) dudit aéronef (A), chacun desdits 25 anémomètres laser (Al à A4) réalisant une mesure du vent, qui représente la projection (V 1 à V4) du vecteur vitesse du vent sur l'axe laser (L1 à L4) correspondant ; et des premiers moyens de traitement (4) pour projeter, pour chaque paire (CA, CB) d'anémomètres laser, les deux mesures (V1, V2 ; V3, V4) sur un plan de référence (PA, PB) associé et pour calculer un vecteur vitesse (VA, VB) résultant de ces deux projections dans ce plan de référence (PA, PB), ledit plan de référence (PA, PB) qui est associé à une paire (CA, CB) d'anémomètres laser étant un plan qui est parallèle au plan (PAO, PBO) tangent à la structure de l'aéronef (A) au niveau d'un point de référence (RA, RB) qui dépend de l'agencement des deux anémomètres laser de ladite paire (CA, CB) sur l'aéronef (A) ; et des seconds moyens de traitement (5) pour déterminer à l'aide des deux vecteurs vitesse (VA, VB) ainsi calculés, ainsi que d'au moins une table de référence, les valeurs respectivement de l'angle d'incidence et de l'angle de dérapage de l'aéronef (A).
- 6. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (1) tel que celui spécifié sous la revendication 5.
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