FR3051254B1 - Dispositif de mesure de la performance d'un aerodyne : finesse air, taux de chute air - Google Patents
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Abstract
Dispositif de mesure (4) d'une direction d'un flux d'air, destiné à être monté sur un aérodyne (A) apte à évoluer dans le flux d'air, comprenant un moyen d'alignement (5) dans la direction du flux d'air relié à un dispositif de détection (7) de la direction, caractérisé en ce que le dispositif de détection (7) mesure au moins un angle défini dans un espace en trois dimensions pour déterminer la direction de déplacement de l'aérodyne (A).
Description
Dispositif de mesure de la performance d’un aérodyne : finesse air, taux de chute air
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne essentiellement un dispositif de mesure de l’angle de plané d’un aérodyne par rapport à la masse d’air environnante.
La présente invention se situe dans le domaine des appareillages de mesures appliqués aux aérodynes. On entend par aérodyne, tout objet plus lourd que l’air dont la sustentation est assuré principalement par des forces aérodynamique grâce à la voilure de ce dernier. Un aérodyne est capable de circuler dans l’air. De préférence, la présente invention concerne un aérodyne dépourvu de moyen de propulsion et/ou de traction, tel qu’un planeur, un planeur ultra léger, un parapente, un deltaplane, une combinaison à ailes connue sous le nom anglais wingsuit. Ce système est particulièrement avantageux pour les aérodynes ayant des structures flexibles où l’axe de lacet est difficile à référencer sur la mécanique d’un aérodyne. L’invention peut également s’appliquer à la mesure de déplacement d’animaux volants.
Arrière-plan technologique
La finesse air ou l’angle de plané d’un aérodyne est une mesure d’une caractéristique aérodynamique de l’appareil. Elle détermine la capacité de l’aérodyne à une vitesse donnée à planer plus ou moins loin à partir d’une altitude donnée. Cette mesure reste constante tant que l’aérodyne ne modifie pas ses caractéristiques de voilure ou de géométrie. La finesse air correspond au rapport entre la vitesse horizontale et le taux de chute ou également à la distance horizontale parcourue sur la hauteur de chute. Plus la finesse air est grande, plus l’angle de plané de l’aérodyne est petit et donc plus l’aérodyne parcours une longue distance en vol plané pour une perte d’altitude donnée. L’angle de plané est l’angle formé entre la direction de la trajectoire de l’aérodyne et l’horizontale. Plus cet angle est faible, plus la trajectoire est longue, autrement dit plus l’aérodyne est apte à se poser loin de son point de décollage. L’angle de plané est donc généralement considéré comme un indicateur de performance de l’aérodyne.
La polaire des vitesses pour un aérodyne donné permet d’avoir un bon aperçu des performances de l’aérodyne. La polaire permet de donner l’angle de plané ou la finesse air durant le vol de l’aérodyne à toutes les vitesses. La polaire des vitesses est une courbe correspondant à la représentation graphique du l’angle de plané (ou finesse) d’un aérodyne sur toute sa plage de vitesse de vol. La vitesse de vol ou un paramètre lié tel que le coefficient aérodynamique de traînée de l’aérodyne est en abscisse et le taux de chute est en ordonnée. Cette courbe permet de déterminer entre autre la finesse maximale de l’aérodyne en traçant la tangente à la courbe passant par l’origine du repère. Les différentes polaires obtenues permettent de comparer différents aérodynes avec un manque de précisions inhérents aux systèmes de mesures actuels.
Il est important de pouvoir caractériser précisément la performance des aérodynes durant des vols planés, c’est-à-dire dans les phases de vol plané où l’on recherche à se déplacer le plus loin possible. Cela permet par exemple de comparer précisément les performances aérodynamiques des voilures, des sellettes/harnais de différents aérodynes.
Dans l’art antérieur, le brevet GB 2 181 848 décrit un dispositif de mesure monté sur un parachute comportant un dispositif suivant un flux d’air et comprenant un moyen pour mesurer l’angle situé entre la ligne de vol et la ligne d’une suspente du parachute sur lequel est attaché le dispositif de mesure. Ce dispositif mesure un angle en fonction du flux d’air. Ce dispositif permet de tester au cours du vol la performance de l’aérodyne, mais il n’est pas adapté pour comparer des finesses air, car la référence de la verticale n’est pas prise en compte. L’angle indiqué par ce système dépend donc de la position du pilote, du système et de la répartition des poids dans l’aérodyne. Ce système ne permet pas de comparer la finesse d’un vol à l’autre. Par ailleurs, ce dispositif ne discrimine pas les phases transitoires, telles que les virages courts, des phases stabilisées, telles que les lignes droites ou les virages longs, qui composent le vol de l’aérodyne. Une mesure précise des performances d’un aérodyne lors d’un vol plané ne peut s’effectuer que lors d’une phase de vol stabilisée. Les phases transitoires polluent toute mesure précise de l’angle de plané. L’évaluation de la performance de conception d’une voilure, d’une sellette ou de l’aérodynamisme d’un aérodyne est alors imprécise.
Faute de solution précise, la comparaison des performances aérodynamiques de deux aérodynes se fait de manière expérimentale, notamment en faisant voler côte-à-côte deux aérodynes identiques pilotés par des pilotes de même poids, et en faisant varier un paramètre à la fois de l’aérodyne par rapport à un autre aérodyne. On comprend aisément qu’un tel processus est compliqué et demeure incertain.
Objectifs de l’invention
Pour pallier ces problèmes, l’invention propose de mesurer au moins un angle défini dans un espace en trois dimensions pour déterminer précisément la direction de déplacement de l’aérodyne à un instant donné du vol. Le but étant d’obtenir au moins une donnée permettant de mesurer ou d’évaluer au moins un angle de plané de l’aérodyne et/ou de déterminer la polaire de ce dernier en s’affranchissant des mouvements parasites et non stabilisés qui peuvent grandement dégrader les mesures durant le vol. L’invention permet avantageusement de fournir toutes les données révélant la performance aérodynamique de l’aérodyne, telle que la finesse air et/ou la vitesse air et/ou le taux de chute air, c’est-à-dire par rapport à l’air environnant. L’objectif de l’invention est ainsi d’évaluer et/ou de mesurer une direction d’un flux d’air afin d’obtenir entre autre la mesure d’au moins un angle dans un espace en trois dimensions pour déterminer la direction de déplacement de l’aérodyne dans une masse d’air. La détermination de l’angle de plané induit aisément la détermination de la finesse air de l’aérodyne. L’invention permet de déterminer les données d’angle de plané à des instants donnés, c’est-à-dire durant des phases de vol stabilisé qui peuvent s’effectuer à des vitesses différentes. Ces données, ainsi que la vitesse air et le taux de chute air de l’aérodyne, sont cruciaux pour déterminer sa performance dans les phases de vol stabilisé, où on cherche à se déplacer le plus loin possible.
Selon un mode de réalisation, l’invention vise à déterminer un angle de plané à partir de l’angle délivré par un dispositif de détection et par une information délivrée par un dispositif de référencement verticale compris dans un mode de réalisation de l’invention.
Cette invention permet selon un aspect, de déterminer le taux de chute air de l’aérodyne notamment durant des phases de virage en montée permettant à l’aérodyne de gagner de l’altitude particulièrement grâce à des courants d’air ascendants. En effet, le dispositif peut détecter ces phases de virage en montée et déterminer le taux de chute air à différents instants durant le vol. L’invention permet une acquisition et un stockage des données essentielles pour évaluer les performances aérodynamiques de l’aérodyne complet, notamment voilure, suspentage, sellette/harnais, impact du pilote. Une telle acquisition, vise en particulier une détermination de l’angle de plané ou de la finesse air, pour en dériver la polaire, ainsi que le taux de chute air en déplacements stabilisés, notamment rectiligne ou en virages longs. Ainsi la réalisation de comparaisons entre des voilures, sans avoir recours au mode expérimental décrit ci-dessus est rendu possible. Autrement dit, le vol d’un seul aérodyne comportant l’invention suffit pour, in fine, comparer les performances d’un aérodyne avec d’autres aérodynes. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un dispositif de mesure capable de transmettre en temps réel l’angle de plané ou la finesse air de l’aérodyne.
Les destinataires de l’invention peuvent être, à titre non limitatif : des fabricants d’aérodynes, tels que des planeurs ou des planeurs ultra léger (parapente, deltaplane) ou encore des combinaisons à ailes (wingsuit), qui souhaitent connaître la performance d’équipements (sellette/harnais, voilures, suspentes...), des pilotes souhaitant connaître la performance de l’ensemble matériels/pilote, ce qui inclut le gabarit et la position du pilote. Cela peut leur permettre par exemple d’évaluer le matériel, d’améliorer leur position et d’intégrer la performance réelle de l’ensemble, notamment dans le domaine de la compétition, des personnes souhaitant mesurer la performance d’animaux volants. L’invention dans la présente description a pour objectif de mesurer au moins l’angle de plané. L’angle de plané et la finesse air sont deux caractéristiques aérodynamiques déductibles l’une de l’autre à l’aide d’une formule mathématique. L’invention délivrant au moins la mesure de l’angle de plané est apte à délivrer également la finesse air.
Exposé de l’invention
La mesure de l’angle de plané d’un aérodyne fait intervenir la mesure de la direction d’un flux d’air du vent relatif d’un aérodyne. Le vent relatif associé à un aérodyne est créé par le déplacement de l’aérodyne dans l’air et a une vitesse égale à la vitesse de déplacement, et un sens opposé à celui suivi par l’aérodyne. Le vent relatif peut donc différer du vent réel en direction comme en vitesse. Par conséquent, il est important d’avoir un moyen d’alignement dans le flux d’air solidaire de l’aérodyne ou d’un animal volant, dédié à la détermination de la direction du flux d’air lors du déplacement de l’aérodyne. L’aérodyne est apte à suivre une trajectoire dans trois dimensions, c’est-à-dire dans l’axe longitudinal ou axe de roulis, l’axe transversal ou axe de tangage, ou l’axe de lacet. L’axe de roulis correspond à l’inclinaison de l’aérodyne lors de virages vers la droite ou vers la gauche. Il existe différents types de virages, des virages longs et des virages courts. Les virages courts sont des phases transitoires lors du vol de l’aérodyne liées à des changements de régime de vol de l’aérodyne provoqué par le pilotage ou subit par l’aérodyne plongé dans une masse d’air turbulente. On peut appeler aussi ces phases de vol « instables » Tandis que les virages longs sont des changements de direction de l’aérodyne qui peuvent être mesurés par l’invention. La mesure de l’angle de plané durant les phases de virages courts peuvent parasiter la justesse de la mesure. Discriminer les différents types de virages est dès lors fortement préféré afin de mesurer uniquement durant des phases de vol stabilisés. D’où l’importance de pouvoir mesurer la direction de déplacement de l’aérodyne selon au moins deux axes de rotation, c’est-à-dire dans l’axe de tangage, l’axe de lacet et de discriminer les mouvements de virage dans l’axe du roulis.
Les deux axes de rotation sont perpendiculaires l’un par rapport à l’autre. Un premier de ces axes peut être vertical, tandis qu’un deuxième axe est horizontale.
Pour ce faire, l’invention concerne un dispositif de mesure d’une direction d’un flux d’air, destiné à être monté sur un aérodyne apte à évoluer dans le flux d’air, comprenant un moyen d’alignement dans la direction du flux d’air relié à un dispositif de détection, caractérisé en ce que le dispositif de détection mesure au moins un angle défini dans un espace en trois dimensions pour déterminer la direction de déplacement de l’aérodyne. On comprend ainsi que la mesure de l’angle est déterminée par rapport à deux axes de rotation, ces deux axes pouvant être définis au moyen des trois dimensions.
Selon un mode de réalisation, le moyen d’alignement est au moins une « flèche » comportant une pointe reliée à une plume. La flèche est solidaire du dispositif de détection.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de détection de la direction est un capteur de position angulaire ou un dispositif de détection de position angulaire. Le dispositif de détection de position angulaire, par exemple, peut être un capteur deux-axes.
Selon cet aspect de l’invention, le dispositif de mesure d’une direction du flux d’air peut comprendre avantageusement un dispositif de référencement vertical agencé pour délivrer une information relative à une référence verticale de l’aérodyne.
Avantageusement, le dispositif de mesure permet de déterminer un taux de chute air de l’aérodyne durant le vol, notamment durant les phases de vol en virage long.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de référencement vertical est un accéléromètre et/ou un inclinomètre et/ou un gyroscope et/ou tout système les incluant tel qu’une centrale inertielle ou un système de référence de cap et d'altitude connu en anglais sous la dénomination « Attitude and Heading Reference System ».
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, il est possible d’envisager un dispositif de mesure comportant un gyroscope couplé à un accéléromètre pour déterminer la référence vertical, notamment lors de virage.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de mesure comprend un dispositif de calcul déterminant un angle de plané air à partir de l’angle délivré par le dispositif de détection et l’information délivrée par le dispositif de référencement vertical. L’angle de plané de l’aérodyne peut être déterminé durant une phase de vol plané correspondant à un vol durant lequel aucun système de propulsion et/ou de traction de l’aérodyne n’intervient, notamment durant un vol droit, ou une phase de vol en virage long stabilisé.
Selon un mode particulier de réalisation, le dispositif de référencement vertical contient au moins un accéléromètre, le dispositif de calcul déterminant l’angle de plané et/ou la finesse air uniquement lorsque l’accélération est constante et égale à un G durant une phase de vol droit ou constante et supérieure à un G durant une phase de vol en virage long. Cette discrimination a pour but de séparer et d’écarter des phases de vol non stabilisées correspondantes à des phases transitoires.
Avantageusement, le dispositif de calcul est apte à déterminer l’angle de plané uniquement lorsqu’une accélération est constante et égale à un G en vol droit ou constante et supérieure à un G en virage long pendant une durée suffisante, dite durée déterminée. Les mesures d’angles de plané correspondent alors aux phases de vol stabilisées.
Selon ces aspects de l’invention, le dispositif de mesure intègre ainsi une stratégie de mesure en vol stabilisé. Pour ce faire, les mesures dont il est déterminé qu’elles proviennent de phases transitoires sont écartées. Ainsi, le dispositif de mesure prend en compte la valeur de l’angle de plané relevé par le dispositif et peut par exemple, en déduire le taux de chute air grâce à la vitesse air de la trajectoire de l’aéronef. Les mesures d’angles de plané ne sont prises en compte que si la force d’accélération est constante et égale à un G en phase de vol droit et de plus de un G en phase de vol en virage long, éventuellement pendant une durée suffisamment importante pour s’assurer que la phase de vol est bien stabilisée.
Selon un mode particulier de réalisation, il est prévu un dispositif de mesure de la vitesse air. La vitesse air est une mesure de la vitesse de l’aérodyne par rapport à l'air environnant. Le dispositif de mesure de la vitesse air coopère avec le dispositif de calcul et/ou avec le dispositif de référencement de la verticale et/ou avec le dispositif de détection de la direction des flux d’air pour déterminer, l’angle de plané puis une polaire de l’aérodyne en vol plané, ainsi que qu’un taux de chute air avantageusement en phase de vol en virage long, par exemple, lors d’une phase de vol de montée dans des ascendances thermiques.
Selon un mode particulier de réalisation, il est prévu un dispositif de mesure de la vitesse air de l’aérodyne pour mesurer les différentes vitesses durant son vol.
Le dispositif de mesure comprend le dispositif de mesure de la vitesse air, par exemple, installé sur le moyen d’alignement dans le flux d’air, tel que la flèche, préférentiellement sur la pointe de cette dernière. En considérant que la pointe est dirigée dans la direction du flux d’air, elle peut être équipée d’un capteur Pitot ou d’un anémomètre, par exemple, pour mesurer la vitesse de l’air.
Les valeurs des vitesses air de déplacement de l’aérodyne, correspondant à la vitesse air mesuré, sont transmises au dispositif de calcul, qui avec, l’angle de plané et ainsi la finesse air, calcule la polaire de l’aérodyne.
Préférentiellement, le dispositif de calcul coopère avec le dispositif de mesure de la vitesse air, pour déterminer la polaire de l’aérodyne d’un vol plané.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure comprend un système de géolocalisation satellite participant à discriminer les phases de vol droit des phases de vol en virage long, ainsi qu’à l’appréciation de la stabilité du vol plané, et notamment la stabilité des virages et/ou mesurant la vitesse de déplacement de l’aérodyne.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure comporte une alarme. L’alarme pouvant se déclencher lorsque l’inclinaison du moyen d’alignement dans le flux d’air se rapproche trop d’une extrémité d’une plage de mesure déterminée, du dispositif de détection.
Avantageusement, l’invention comprend un moyen d’affichage sur lequel peut être affiché : - au moins l’angle de plané ou la finesse air, et/ou la polaire ; - et/ou au moins la vitesse air de l’aérodyne ; - et/ou au moins le taux de chute air, notamment lors d’un virage long.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de calcul est configuré pour délivrer en temps réel l’angle de plané ou la finesse air, et/ou la polaire et/ou les taux de chute air ; de même les taux de chute air et/ou les vitesses air peuvent être délivrés en temps réels. Ces données peuvent notamment être affichées sur le moyen d’affichage incorporé au dispositif de mesure. L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, un dispositif de mesure capable de transmettre en temps différé ces données.
Selon un mode de réalisation, l’invention comprend un dispositif de sauvegarde configuré pour mémoriser l’angle de plané et/ou la finesse air, et/ou la polaire, et/ou les taux de chute air, et/ou les vitesses air.
Selon différents modes possibles de réalisation, le dispositif de mesure comprend différents dispositifs reliés et connectés entre eux, pour la plupart par des connexions filaires ou sans-fils, indifféremment. Les données récoltées et déterminées par le dispositif de mesure peuvent être affichées sur le moyen d’affichage ou écran connecté au dispositif de mesure, notamment par le biais de connexion réseau sans fil, telle que par Bluetooth, Wi-FI et autres technologies similaires. Le moyen d’affichage peut notamment être un bracelet-montre, un smartphone, une tablette et tout autre objet présentant un moyen d’affichage.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de mesure comprend un moyen de solidarisation configuré pour attacher, notamment sans degré de liberté, le dispositif de détection de la direction du flux d’air, notamment un stator d’un capteur angulaire, sur l’aérodyne. Il s’agit ici de réduire les mouvements entre le dispositif de mesure et l’aérodyne pour permettre à l’invention de filtrer les moments où le l’angle de plané est stable et corrélativement supprimer les mouvements parasites. Le niveau de précision des mesures récoltées par le dispositif de mesure dépend entre autres de sa fixation à l’aérodyne.
Le dispositif de mesure est apte à être incorporé à un aérodyne, c’est-à-dire monté à demeure sur une sellette de parapente ou un cadre de deltaplane, par exemple à titre non limitatif.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de mesure est apte à être rapporté sur l’aérodyne pour être fixé temporairement sur celui-ci pour la durée d’un vol.
Dans ces deux cas, le dispositif de mesure comprend un moyen de fixation interdisant tout mouvement entre un stator du dispositif de détection de la direction et l’aérodyne. L’invention concerne enfin un aérodyne soumis aux flux d’air, équipé d’un dispositif de mesure du flux d’air selon l’un quelconque des aspects décrits ci-dessus. Avantageusement, l’aérodyne est choisi parmi un planeur, notamment ultra léger, un parapente, un deltaplane, une combinaison à ailes (wingsuit) ou un animal volant.
Liste des figures L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de variantes d’exécution, données à titre d’exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique générale d’une sellette d’un aérodyne sur laquelle est monté le dispositif de mesure d’un flux d’air selon l’invention ; - la figure 2 est une vue schématique du dispositif de mesure d’un flux d’air de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue schématique pour illustrer le calibrage d’un dispositif de détection intervenant dans le dispositif de mesure de la figure 2 ; - la figure 4 est un logigramme illustrant l’enchaînement des opérations opérées par le dispositif de mesure d’un flux d’air ; - la figure 5 est une représentation graphique illustrant la mesure du dispositif de détection détermine la direction de déplacement de l’aérodyne.
Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d’autres réalisations.
La figure 1 illustre schématiquement une sellette 1 d’un aérodyne A comportant un dispositif de mesure 4 d'un flux d’air, selon un mode de réalisation. La sellette 1 est reliée à l’aile (non illustrée) par des suspentes 2 telles que représentées. L’ensemble des suspentes 2 forme le cône de suspentage. Lors du vol, le pilote P garde dans ses mains des poignées, qui sont les commandes de manœuvre, et qui lui serviront à se diriger : dans le plan vertical X (accélérer/ralentir qui généreront abatée et ressource) ou dans le plan horizontal Y (en virage), par exemple. L’aérodyne tel qu’illustré à titre d’exemple est ici un parapente. De manière plus générale, l’aérodyne peut être choisi indifféremment parmi un planeur ultra léger, un parachute, un parapente ou un deltaplane, une combinaison à ailes (wingsuit), un animal volant...
Selon le mode de réalisation illustré, le dispositif de mesure 4 est positionné de manière fixe à l’aérodyne A sur la sellette 1, sans degré de liberté, notamment à l’aide d’un moyen de solidarisation 14 dont le dispositif de mesure selon l’invention est pourvu. Le dispositif de mesure 4 comprend un moyen d’alignement 5 qui s’aligne dans la direction du flux d’air du vent relatif dans lequel l’aérodyne A vole. Le moyen d’alignement 5 peut consister en une flèche, par exemple, permettant au dispositif de mesure 4 de déterminer ou mesurer la direction du flux d’air lors du déplacement de l’aérodyne A, durant un vol.
Le dispositif de mesure 4, monté sur l’aérodyne, suit le déplacement de ce dernier dans le flux d’air. Le moyen d’alignement 5 s’aligne dans toutes les directions possibles du flux d’air, dans la limite des angles maximum d’un dispositif de détection 7 qui équipe le dispositif de mesure 4. Le moyen d’alignement 5 et le dispositif de détection 7 de l’angle possèdent une liberté de mouvement leur permettant de suivre la direction du flux d’air.
La figure 2 montre en détail le dispositif de mesure 4 illustré dans la figure 1. Le dispositif de mesure 4 comprend le moyen d’alignement 5 tel qu’illustré, apte à évoluer dans le flux d’air. Selon un exemple de réalisation, le moyen d’alignement 5 dans le flux d’air est constitué d’au moins une flèche 6. Cette dernière comprend notamment une tige 601 relié à une plume 602. La tige 601 est également reliée à une pointe 603 par le biais d’un moyen de liaison 604. Selon l’exemple illustré sur les figures 1 et 2, le moyen de liaison 604 est formé par trois arceaux reliés en deux points et répartis angulairement à 120°. Le moyen de liaison 604 permet, selon un mode de réalisation, de disposer le dispositif de détection 7 entre la pointe 603 et la tige 601 relié à la plume 602. Alors que le dispositif de détection 7 est fixe, un tel moyen de liaison 604 permet au moyen d’alignement 5 de s’aligner dans la direction du flux d’air dans au moins deux directions. Les passages ménagés entre chaque arceau offre un passage pour fixer et alimenter électriquement le dispositif de détection 7.
Le dispositif de détection 7 coopère avec le moyen d’alignement 5. Ce moyen d’alignement 5 est relié mécaniquement au dispositif de détection 7 par une tige 605. Le montage du moyen d’alignement 5 sur le dispositif de détection 7 est réalisé de telle manière que son centre de gravité soit sur l’axe de rotation du dispositif de détection 7.
Selon le mode de réalisation illustré, le dispositif de mesure 4 comprend donc le moyen d’alignement 5 monté directement sur le dispositif de détection 7. Le dispositif de détection 7 mesure au moins un angle défini dans un espace en trois dimensions pour déterminer la direction de déplacement 12 de l’aérodyne A. Cet angle défini un mouvement autour de deux axes de rotation, notamment un axe de lacet et un axe de tangage.
Le dispositif de détection 7 peut correspondre à un capteur angulaire deux axes de rotation ou dit biaxial. Selon un exemple de réalisation, le capteur angulaire présente une rotule capable de tourner dans une cage selon plusieurs directions. Ces mouvements sont mesurés par des capteurs disposés au moins selon deux axes de rotation et c’est ainsi que l’angle du moyen d’alignement 5 est déterminé.
Le vol d’un aérodyne est composé de différentes phases : des phases de vol stabilisé et des phases de vol transitoire. Les phases de vol droit plané pour la mesure de l’angle de plané, ne sont prise en compte que dans leurs portions de phase de vol stabilisées. Les phases de vol droit plané sont dans la présente invention considérées comme présentant une accélération constante à un IG, et ayant avantageusement une trace de géolocalisation par satellite rectiligne. Les phases de vol transitoires, durant des manœuvres ressources ou abattées par exemple, sont considérées non-stabilisées et présentant une accélération variable, non stabilisée. Les phases de vol conditionnent le fonctionnement du dispositif de mesure 4.
Les phases de vol en virage long notamment pour la mesure du taux de chute air (grâce à l’angle de plané couplé à la vitesse), ne sont prises en compte que dans leurs portions de phase de vol stabilisé. Les phases de vol en virage long sont dans la présente invention considérées comme stables lorsqu’elles présentent une accélération constante et supérieure à un G, et ont avantageusement une trace de géolocalisation par satellite en courbe continue. Les phases de vol transitoires, durant des manœuvres ressource ou abattée (ou accélération ralentissement) par exemple, sont considérées non-stabilisées et présentant une accélération variable, non stabilisée. Les phases de vol conditionnent le fonctionnement du dispositif de mesure 4.
Ainsi un vol stabilisé est une phase de vol droit avec une accélération constante d’un G et est une phase de vol en virage long avec une accélération constante et supérieure à un G durant un intervalle de temps préalablement défini. L’acquisition des données par le dispositif de mesure s’effectue préférentiellement durant au moins une phase de vol stabilisé. Le but étant de soustraire les mesures des mouvements parasites des données recueillies par le dispositif de détection 7 et ainsi de garantir des mesures précises du vol plané. Pour discriminer les phases transitoires des phases stabilisées, le dispositif de mesure 4 comprend un accéléromètre. Ce dernier est agencé pour délivrer une information relative à l’accélération de l’aéronef A. Cet accéléromètre peut être logé dans le capteur de détection 7 ou dans un boîtier de traitement équipant le dispositif de mesure 4. Selon un mode de réalisation, l’accéléra mètre 8 peut être disposé sur le moyen d’alignement 5.
Le dispositif de référencement vertical 8 permet de délivrer une information relative à une référence vertical de l’aérodyne A. Ce dispositif de référencement vertical 8 permet de délivrer la mesure de l’angle du flux d’air, l’angle de plané de l’aérodyne durant toute la durée du vol. Le taux de chute air peut aussi être calculé avec la mesure de la vitesse.
La détermination de la stabilité du vol et du référencement vertical peut être délivrée par un dispositif commun ou selon le mode de réalisation par deux dispositifs distincts compris dans le dispositif de mesure de la direction 4.
On notera que le dispositif de référencement vertical 8 peut par exemple être un accéléromètre, un inclinomètre ou une centrale inertielle ou un système de référence de cap et d'altitude appelée en anglais « Attitude and Heading Reference System ».
Le boîtier de traitement 10 est relié solidairement par un bras de liaison 11 au dispositif de détection 7, qui est lui-même relié au moyen d’alignement 5, tel qu’illustré. Ce bras de liaison peut être rectiligne et rigide, de manière à disposer le boîtier de traitement 10 dans une position souhaitée par rapport au dispositif de détection 7. Le boîtier de traitement 10 est par exemple équipé d’un moyen d’affichage 15 qui permet au pilote de lire en temps réel les angles mesurés par le dispositif de détection 7.
Le dispositif de détection 7 et le dispositif de référencement vertical 8 coopèrent ensemble pour mesurer l’angle de plané et/ou la finesse air, préférentiellement lorsque la phase de vol est stabilisé. La phase de vol est considérée comme stabilisée, c’est-à-dire sans phase transitoire parasitaire, à partir du moment où le dispositif de référencement vertical 8 mesure une accélération d’un G, notamment pendant une durée suffisamment importante pour s’assurer que la phase de vol est stabilisée.
Le dispositif de mesure 4 comprend un dispositif de calcul 9, adapté pour recevoir les données mesurées par le dispositif de détection 7 et par le dispositif de référencement vertical 8, entre autre. Ce dispositif de calcul 9 permet de compiler les angles relevés et de déterminer l’angle de plané et/ou la finesse air de l’aérodyne A.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif de calcul 9 peut être compris dans le boîtier de traitement 10. Selon d’autres modes de réalisation, le dispositif de calcul 9 peut être indifféremment compris dans un même boîtier avec le dispositif de détection 7 et/ou le dispositif de référencement vertical 8, ou il peut être physiquement distinct de ces derniers éléments, bien que relié électriquement au moins avec ceux-ci. Le boîtier de traitement 10, tel que représenté, comprend le dispositif de référencement vertical 8 et le dispositif de calcul 9, ce boîtier de traitement 10 étant relié par un bras de liaison 11 au dispositif de détection 7 qui porte le moyen d’alignement 5.
Les données recueillies et déterminées par le dispositif de mesure 4 peuvent être lues sur le moyen d’affichage 15 durant le vol. Ces données qui représente l’angle pris par le moyen d’alignement peuvent être affichées à distance du dispositif de mesure 4. Ces données peuvent également être sauvegardées au moyen d’une mémoire installée dans le boîtier de traitement, et qui échange avec le moyen de calcul 9.
La figure 3 illustre comment peut être calibré le dispositif de détection 7. Pour plus de précisions dans la mesure, le calibrage du dispositif de détection deux axes ou bi-axial peut être réalisé avant son utilisation. Pour ce faire, il est fixé une masse M via un fil de liaison à l’une des extrémités de la flèche 6, notamment au niveau de la pointe 603. Après stabilisation de la flèche 6, le dispositif de mesure 4 peut calibrer l’acquisition des données provenant du dispositif de détection 7 grâce à l’angle relevé par le dispositif de référencement vertical 8. Un tel calibrage intervient pour améliorer la précision du système en réduisant la tolérance de mesure pour tendre vers la résolution des capteurs. Ce calibrage peut être effectué quand le dispositif d’alignement du filet d’air est nouvellement installé sur le dispositif de mesure de l’angle avec la référence verticale.
La figure 4 est une illustration d’un logigramme décisionnel du dispositif de mesure 4 pour mesurer une données de l’aérodyne durant le vol, tel que l’angle de plané et/ou la finesse air et/ou la polaire. Les étapes de fonctionnement du dispositif de mesure 4 sont décrites dans ce logigramme, ce dernier illustrant un exemple de procédé de mesure mis en œuvre par le dispositif de mesure selon l’invention.
Lorsque l’aérodyne A se déplace lors d’un vol, la première étape 501 mise en œuvre par le dispositif de mesure 4 consiste en ce que le moyen d’alignement 5 s’aligne dans le flux d’air du vent relatif de l’aérodyne A. A l’étape 502, le dispositif de détection 7 mesure un angle défini selon deux axes de rotation lors du déplacement de l’aérodyne A, notamment en mettant en œuvre le capteur angulaire deux axes (lacet et tangage) et détermine ainsi la direction du flux d’air. Simultanément à l’étape 501 ou à l’étape 502, l’étape 500 prévoit la mise en œuvre du dispositif de référencement vertical 8, par lequel est mesuré l’accélération de l’aérodyne A. A l’étape 503, le dispositif de calcul 9 détermine l’angle de plané et/ou la finesse air avec les données relevées aux étapes 500 et 502, c’est-à-dire l’angle illustrant la direction de déplacement de l’aérodyne A et une direction par rapport à la verticale de l’aérodyne A. A l’étape 504, le dispositif de mesure 4 prend en compte les données de l’étape 503 pour s’assurer que le vol est uniquement en phase stabilisée et non en phase transitoire. Pour ce faire, le taux de chute air doit être supérieur ou égal à un G pendant une durée déterminée, pour que la phase de vol soit considérée stabilisée.
Lorsque le vol est considéré stabilisé pendant une durée suffisante, le dispositif de mesure 4 poursuit son travail par l’étape 505 au cours de laquelle le dispositif de calcul 9 détermine l’angle de plané et/ou la finesse air avec les données relevées à l’étape 504.
Selon un mode de réalisation complémentaire mis en œuvre à l’étape 506, le dispositif de mesure de la vitesse de l’air, par exemple localisé à l’extrémité du moyen d’alignement 5, est activé. Cette activation peut être réalisée simultanément à l’étape 501. A l’étape 507, le dispositif de mesure de la vitesse de l’air mesure la vitesse de déplacement de l’aérodyne A durant son vol dans la masse d’air. Les données de l’étape 507 sont transmises au dispositif de calcul 9 qui détermine à l’étape 508 la polaire de l’aérodyne A à l’aide des données délivrées par les étapes 505 et 507. Le taux de chute air peut ainsi entre calculé en combinant l’angle de plané par rapport à l’air avec la vitesse air.
Le pilotage de l’aérodyne consiste à commander le maintien ou la variation de sa trajectoire selon trois dimensions, telles que représentés sur la figure 5. La figure 5 illustre ainsi schématiquement l’aérodyne A représenté dans un trièdre de référence formé par l’axe X ou axe de roulis 12a, l’axe Y ou axe de tangage 12b et l’axe Z ou axe de lacet 12c. Le dispositif de détection 7 détermine la direction de déplacement de l’aérodyne A. La direction de déplacement de l’aérodyne A est la résultante de la mesure de la position angulaire de Γ aérodyne suivant les deux axes de rotation dit de tangage 12b et de lacet 12c et notamment en fonction d’un angle de lacet Θ et d’un angle de tangage Φ de l’aérodyne A. Cette direction de déplacement est matérialisé par l’angle 12 qui est défini dans un espace en trois dimensions lisibles sur l’axe X ou axe de roulis 12a, l’axe Y ou axe de tangage 12b et sur l’axe Z ou axe de lacet 12c.
En résumé, l’invention traite d’un dispositif de mesure 4 d’un paramètre d’un flux d’air et monté sur un aérodyne. Ce dispositif de mesure comprend différents dispositifs reliés et connectés entre eux, pour la plupart par des connections fïlaires ou sans-fils, indifféremment. Par ailleurs, une variation de l’agencement du dispositif ou du traitement des données est possible et bien entendu couvert par l’invention. En outre, le dispositif de mesure peut fonctionner en l'absence d'un ou plusieurs composants détaillés dans la présente description. De plus, la configuration ou l’agencement des composants peuvent changer en fonction des différents environnements d'application, notamment en fonction de Γaérodyne sur lequel est monté le dispositif de mesure selon l’invention.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure (4) d’une direction d’un flux d’air, destiné à être monté sur un aérodyne (A) apte à évoluer dans le flux d’air, comprenant un moyen d’alignement (5) dans la direction du flux d’air relié à un dispositif de détection (7) de la direction, caractérisé en ce que le dispositif de détection (7) mesure au moins un angle (12) défini dans un espace en trois dimensions pour déterminer la direction de déplacement de l’aérodyne (A), ié dispositif de mesure (4) comprenant un dispositif de référencement vertical (8) agencé pour délivrer une information relative à une référence verticale de l’aérodyne (A).
- 2. Dispositif (4) selon la revendication I, selon lequel le moyen d’alignément (5) est au moins une flèche (6) comportant une pointe (603) reliée à une plume (602), la flèche (6) étant solidaire du dispositif de détection (7).
- 3. Dispositif (4) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le dispositif de détection (7) qui mesure l’angle (12) est un capteur deux-axes.
- 4. Dispositif (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de référencement vertical (8) est un accéléromètre et/ou un inclinométre et/ou un gyroscope et/ou une centrale inertielle et/ou un système de référence de cap et d'altitude. % Dispositif (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel est prévu un dispositif de calcul (9) déterminant un angle de plané et/ou une finesse air à partir de Tangle délivré par le dispositif de détection (7) et l’information délivrée par le dispositif de référencement vertical (8).
- 6. Dispositif (4) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de référencement vertical (8) contient au moins un accéléromètre, le dispositif de calcul (9) déterminant l’angle de plané et/ou la finesse air uniquement lorsque l’accélération est constante et égale à un G durant une phase de vol droit ou constante et supérieure à un G durant une phase de vol en viragp longi
- 7. Dispositif (4) selon f une quelconque des revendications précédentes, selon lequel il comprend un dispositif de mesure de la vitesse air de l’aérodyne (A).
- 8. Dispositif (4) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de calcul (9) coopère avec le dispositif de mesure de la vitesse air pour déterminer une polaire et/ou un taux de chute air de l’aérodyne (A).
- 9. Dispositif (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen d’affichage (15} sur lequel peut être affiché : - au moins un angle de plané ou une finesse air, et/ou une polaire ; - et/ou au moins une vitesse air ; - et/ou au moins un tau* de chute air de l’aérodyne (A).
- 10. Dispositif (4) selon la revendication précédente, dans lequel Je dispositif de calcul (9) est configuré pour délivrer en temps réel l’angle de plané et/ou la vitesse air et/ou le taux de chute air, notamment en l’affichant sur le moyen d’affichage (15).
- 11. Dispositif (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une mémoire configurée pour mémoriser au moins un angle de plané ou au moins une finesse air, et/ou au moins une polaire, et/ou au moins un taux de chute air, et/ou au môin$ une vitesse air,
- 12. Aérodyne soumis aux flux d’air, équipé d’un dispositif de mesure (4) du flux d’air selon f une des revendications 1 à 11.
- 13. Aérodyne selon la revendication précédente, choisi parmi un planeur, un planeur ultra léger, un parapente, un deltaplane, une combinaison à ailes.
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