FR3161040A1 - METHOD AND SYSTEM FOR REDUCING AERODYNAMIC LOADS EXERCISED ON AN AIRCRAFT BY ATMOSPHERIC TURBULENCE. - Google Patents
METHOD AND SYSTEM FOR REDUCING AERODYNAMIC LOADS EXERCISED ON AN AIRCRAFT BY ATMOSPHERIC TURBULENCE.Info
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Abstract
La présente divulgation concerne un système et un procédé de réduction des charges aérodynamiques exercées sur un aéronef (100) en vol par des turbulences atmosphériques. Le procédé comprend une détection d’une turbulence atmosphérique comprenant : réceptionner une information représentative d’une vitesse courante du vent vertical (u(t)) et la comparer à un seuil prédéterminé (S) et déterminer la présence de la turbulence atmosphérique si ladite vitesse est supérieure à ce seuil (S). Le procédé comprend, lorsque ladite vitesse est supérieure au seuil prédéterminé (S), une réduction des charges aérodynamiques comprenant : estimer une dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)), calculer et fournir à partir d’au moins la dérivée première un ordre de gouverne pour braquer au moins une surface de contrôle. Il est ainsi possible de réduire le facteur de charges aérodynamiques et d’obtenir un gain sur la masse structurale de l’aéronef tout en améliorant le confort des passagers. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 The present disclosure relates to a system and method for reducing aerodynamic loads exerted on an aircraft (100) in flight by atmospheric turbulence. The method comprises detecting atmospheric turbulence by: receiving information representative of a current vertical wind speed (u(t)) and comparing it to a predetermined threshold (S), and determining the presence of atmospheric turbulence if said speed is greater than this threshold (S). The method comprises, when said speed is greater than the predetermined threshold (S), reducing aerodynamic loads by: estimating a first derivative of said current vertical wind speed (u(t)), and calculating and providing, from at least the first derivative, a control surface command to deflect at least one control surface. It is thus possible to reduce the aerodynamic load factor and achieve a gain in the structural mass of the aircraft while improving passenger comfort. Figure to be published with the abstract: Fig. 2
Description
La présente invention concerne un procédé et un système de réduction de charges exercées sur un aéronef par des turbulences atmosphériques, et notamment des rafales de vent.The present invention relates to a method and a system for reducing loads exerted on an aircraft by atmospheric turbulence, and in particular gusts of wind.
En cours de vol, les aéronefs sont souvent confrontés à des turbulences atmosphériques (e.g., cisaillement du vent, gradients de vent, turbulences de l'air libre, turbulences de sillage, poches d'air, etc.). Les turbulences atmosphériques peuvent comprendre des cisaillements verticaux et horizontaux du vent ou des rafales de vent.During flight, aircraft often encounter atmospheric turbulence (e.g., wind shear, wind gradients, free air turbulence, wake turbulence, air pockets, etc.). Atmospheric turbulence can include vertical and horizontal wind shear or wind gusts.
Les rafales de vent génèrent des charges aérodynamiques sur la structure des aéronefs, et notamment la voilure (i.e., ailes de l’aéronef). En particulier, les rafales de vent entrainent des contraintes mécaniques sur la structure de l’aéronef, ainsi que de l’inconfort pour les passagers (e.g., secousses ressenties lors du passage de l’aéronef dans une zone de rafales de vent) et une diminution de ses performances aérodynamiques en vol.Wind gusts generate aerodynamic loads on the aircraft structure, particularly the wing structure (i.e., the aircraft’s wings). In particular, wind gusts cause mechanical stress on the aircraft structure, as well as discomfort for passengers (e.g., buffeting felt when the aircraft passes through a wind gust zone) and a reduction in its aerodynamic performance in flight.
Pour des raisons économiques et écologiques, la réduction de la consommation de carburant est un facteur qui doit être pris en compte lors de la conception d’aéronefs. Pour cela, la structure de l’aéronef doit pouvoir résister aux charges aérodynamiques exercées par des rafales de vent tout en étant suffisamment légère pour limiter la consommation de carburant.For economic and environmental reasons, reducing fuel consumption is a factor that must be taken into account when designing aircraft. To achieve this, the aircraft structure must be able to withstand the aerodynamic loads exerted by gusts of wind while being light enough to limit fuel consumption.
Une solution permettant de faire un compromis entre réduction du facteur de charges (i.e., augmentation de la résistance de la structure de l’aéronef aux rafales de vent) et réduction du poids de l’aéronef, est l’application de stratégies d’allègement des charges aérodynamiques dues aux rafales de vent («Gust Loads Alleviation» en anglais ou GLA). Une stratégie d'allègement des charges dues aux rafales de vent consiste à utiliser des capteurs de l’aéronef pour fournir des ordres de gouverne permettant le braquage de gouvernes de l’aéronef (e.g., ailerons internes ou externes, gouvernes de profondeur) en tenant compte des conditions de vent. Plus particulièrement, des capteurs (e.g., capteurs de données aérodynamiques, accéléromètres, etc.) placés sur le corps de l'aéronef ou sur ses ailes, détectent les conditions de vent et fournissent des informations sur les charges aérodynamiques exercées sur l’aéronef. Ces informations sont alors transmises à un système de l’avionique de l’aéronef pour déclencher le braquage des gouvernes selon un angle particulier dépendant notamment des conditions de vent. Il est ainsi possible de créer des forces et des moments aérodynamiques nécessaires à l'atténuation de la charge aérodynamique supplémentaire induite par les rafales de vent. Les gouvernes sont alors utilisées comme des surfaces de contrôle pour l'atténuation des charges aérodynamiques induites par les rafales de vent.One solution to achieve a compromise between reducing the load factor (i.e., increasing the resistance of the aircraft structure to wind gusts) and reducing the aircraft weight is the application of Gust Loads Alleviation (GLA) strategies. One strategy for alleviating wind loads consists of using aircraft sensors to provide control commands allowing the deflection of aircraft control surfaces (e.g., internal or external ailerons, elevators) taking into account wind conditions. More specifically, sensors (e.g., air data sensors, accelerometers, etc.) placed on the aircraft body or on its wings detect wind conditions and provide information on the aerodynamic loads exerted on the aircraft. This information is then transmitted to an aircraft avionics system to trigger the deflection of the control surfaces at a specific angle depending in particular on wind conditions. This makes it possible to create the aerodynamic forces and moments necessary to mitigate the additional aerodynamic load induced by wind gusts. The control surfaces are then used as control surfaces to mitigate the aerodynamic loads induced by wind gusts.
Les ordres de gouverne pour l'allègement des charges dues aux rafales de vent peuvent être établis selon diverses lois de contrôle des gouvernes bien connues. Par exemple, il est connu une loi de contrôle des gouvernes basée sur une estimation de l’incidence du vent à l’aide d’une sonde d’incidence placée au niveau du nez de l’aéronef. Un ordre de gouverne de profondeur et d’ailerons est alors élaboré en fonction de l’incidence du vent pour réduire les charges de rafales de vent sur l’aéronef, principalement au niveau de l’emplanture de la voilure de l’aéronef.Control surface orders for wind gust load alleviation can be established according to various well-known control surface control laws. For example, a control surface control law is known based on an estimation of the wind angle of attack using an angle of attack probe placed at the nose of the aircraft. An elevator and aileron order is then developed based on the wind angle of attack to reduce wind gust loads on the aircraft, mainly at the wing root of the aircraft.
Toutefois, il est souhaitable de fournir une solution qui permette d’améliorer l’efficacité des stratégies existantes d’allègement des charges dues aux rafales de vent. En particulier, il est souhaitable de fournir une stratégie d’allégement des charges dues aux rafales de vent qui permette d’optimiser la réduction du facteur de charge et d’améliorer le confort des passagers.However, it is desirable to provide a solution that improves the effectiveness of existing wind gust load alleviation strategies. In particular, it is desirable to provide a wind gust load alleviation strategy that optimizes load factor reduction and improves passenger comfort.
Il est proposé ici un procédé de réduction des charges aérodynamiques exercées sur un aéronef en vol par des turbulences atmosphériques, ledit procédé étant implémenté par un système de réduction des charges aérodynamiques sous forme de circuiterie électronique, ledit procédé comprenant :
(i) une détection d’une turbulence atmosphérique, et
(ii) une réduction des charges aérodynamiques,
ladite détection comprenant les étapes suivantes :
- réceptionner en provenance d’un système de mesure une information représentative d’une vitesse courante du vent vertical,
- comparer ladite vitesse courante du vent vertical à un seuil prédéterminé,
- déterminer la présence de la turbulence atmosphérique si ladite vitesse courante du vent vertical est supérieure à un seuil prédéterminé,
ladite réduction des charges aérodynamiques comprenant :
- estimer une dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical,
- calculer un ordre de gouverne au moins à partir de la dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical,
- fournir ledit ordre de gouverne pour un braquage d’au moins une surface de contrôle de l’aéronef en fonction dudit ordre de gouverne,
ladite réduction des charges aérodynamiques étant exécutée lorsque ladite vitesse courante du vent vertical est supérieure au seuil prédéterminé, sinon ladite détection est réitérée.There is provided herein a method for reducing aerodynamic loads exerted on an aircraft in flight by atmospheric turbulence, said method being implemented by an aerodynamic load reduction system in the form of electronic circuitry, said method comprising:
(i) a detection of atmospheric turbulence, and
(ii) a reduction in aerodynamic loads,
said detection comprising the following steps:
- receive information from a measuring system representing a current vertical wind speed,
- compare the said current vertical wind speed to a predetermined threshold,
- determine the presence of atmospheric turbulence if said current vertical wind speed is greater than a predetermined threshold,
said reduction of aerodynamic loads comprising:
- estimate a first derivative of said current vertical wind speed,
- calculate a steering order at least from the first derivative of said current vertical wind speed,
- provide said control command for a deflection of at least one control surface of the aircraft according to said control command,
said reduction of aerodynamic loads being carried out when said current vertical wind speed is greater than the predetermined threshold, otherwise said detection is repeated.
Avantageusement, il est possible de réduire le facteur de charges aérodynamiques exercées sur l’aéronef. En réduisant ainsi le facteur de charges, il est possible d’obtenir un gain sur la masse structurale de l’aéronef, mais également d’améliorer le confort des passagers lors du passage de l’aéronef dans une zone de turbulence atmosphérique.Advantageously, it is possible to reduce the aerodynamic load factor exerted on the aircraft. By thus reducing the load factor, it is possible to obtain a gain on the structural mass of the aircraft, but also to improve the comfort of the passengers when the aircraft passes through a zone of atmospheric turbulence.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit ordre de gouverne est exprimé selon l’équation suivante :
- K wind représentant un gain pour une optimisation de la réduction du facteur de charge de rafale de vent ;
-
-
-
-
-Vreprésentant une vitesse réelle de l’aéronef ;
-
-
- u(t) correspondant à la vitesse courante du vent vertical à l’instantt;
-
-
- K wind representing a gain for an optimization of the reduction of the wind gust load factor;
-
-
-
-
- V representing a real speed of the aircraft;
-
-
- u(t) corresponding to the current vertical wind speed at time t ;
-
-
Selon un mode de réalisation particulier, le gain K wind est exprimé selon l’équation suivante :
Selon un mode de réalisation particulier, ladite détection de la présence de la turbulence atmosphérique et ladite réduction des charges aérodynamiques sont réitérées selon une fréquence (Δt) prédéterminée.According to a particular embodiment, said detection of the presence of atmospheric turbulence and said reduction of aerodynamic loads are repeated according to a predetermined frequency ( Δt ).
Selon un mode de réalisation particulier, le système de mesure comprend un système de détection et de télémétrie par lumière configuré pour obtenir ladite information représentative de la vitesse courante du vent vertical.According to a particular embodiment, the measurement system comprises a light detection and telemetry system configured to obtain said information representative of the current vertical wind speed.
Selon un mode de réalisation particulier, le système de mesure comprend un ensemble de sondes d’incidence configurées pour mesurer un angle d’incidence du vent à partir duquel ladite information représentative de la vitesse courante du vent vertical est obtenue.According to a particular embodiment, the measurement system comprises a set of incidence probes configured to measure an angle of incidence of the wind from which said information representative of the current speed of the vertical wind is obtained.
Il est aussi proposé ici un système de réduction des charges aérodynamiques exercées sur un aéronef en vol par des turbulences atmosphériques, ledit système comprenant de la circuiterie électronique configurée pour :
(i) exécuter une détection d’une turbulence atmosphérique, et
(ii) exécuter une réduction des charges aérodynamiques,
ladite détection comprenant les étapes suivantes :
- réceptionner en provenance d’un système de mesure une information représentative d’une vitesse courante du vent vertical,
- comparer ladite vitesse courante du vent vertical à un seuil prédéterminé,
- déterminer la présence de la turbulence atmosphérique si ladite vitesse courante du vent vertical est supérieure à un seuil prédéterminé,
ladite réduction des charges aérodynamiques comprenant :
- estimer une dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical,
- calculer un ordre de gouverne au moins à partir de la dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical,
- fournir ledit ordre de gouverne pour un braquage d’au moins une surface de contrôle de l’aéronef en fonction dudit ordre de gouverne,
ladite réduction des charges aérodynamiques étant exécutée lorsque ladite vitesse courante du vent vertical est supérieure au seuil prédéterminé, sinon ladite détection est réitérée.Also proposed herein is a system for reducing aerodynamic loads exerted on an aircraft in flight by atmospheric turbulence, said system comprising electronic circuitry configured to:
(i) perform atmospheric turbulence detection, and
(ii) implement a reduction in aerodynamic loads,
said detection comprising the following steps:
- receive information from a measuring system representing a current vertical wind speed,
- compare the said current vertical wind speed to a predetermined threshold,
- determine the presence of atmospheric turbulence if said current vertical wind speed is greater than a predetermined threshold,
said reduction of aerodynamic loads comprising:
- estimate a first derivative of said current vertical wind speed,
- calculate a steering order at least from the first derivative of said current vertical wind speed,
- provide said control command for a deflection of at least one control surface of the aircraft according to said control command,
said reduction of aerodynamic loads being carried out when said current vertical wind speed is greater than the predetermined threshold, otherwise said detection is repeated.
Il est aussi proposé ici un aéronef comprenant un système de réduction des charges aérodynamiques tel que décrit ci-dessus selon un mode de réalisation.Also provided herein is an aircraft comprising an aerodynamic load reduction system as described above according to one embodiment.
Il est aussi proposé un produit programme d’ordinateur, comportant des instructions entraînant l’exécution, par un processeur, du procédé évoqué ci-dessus selon l’un quelconque de ses modes de réalisation, lorsque lesdites instructions sont exécutées par le processeur. Il est aussi proposé un support de stockage, stockant de telles instructions.Also provided is a computer program product, comprising instructions causing a processor to execute the method described above according to any of its embodiments, when said instructions are executed by the processor. Also provided is a storage medium storing such instructions.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :The above-mentioned features of the invention, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of at least one exemplary embodiment, said description being made in relation to the attached drawings, among which:
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATIONDETAILED PRESENTATION OF IMPLEMENTATION METHODS
Le principe général de la divulgation suivante concerne un procédé et un système de réduction de charges aérodynamiques exercées sur un aéronef par une turbulence atmosphérique, et en particulier des rafales de vent. Pour cela, une information représentative de la vitesse du vent vertical est obtenue en temps réel à partir d’un système de mesure comprenant des capteurs positionnés sur l’aéronef. Cette information est ensuite transmise au système de réduction de charges aérodynamiques pour le calcul d’un ordre de gouverne à partir d’une dérivée première et, optionnellement, d’une dérivée seconde de la vitesse du vent vertical. Cet ordre de gouverne ainsi calculé permet un braquage en temps réel des surfaces de contrôle (e.g., gouvernes de profondeur et/ou ailerons) pour réduire les charges aérodynamiques par une action à « piquer » ou à « cabrer » de l’aéronef pour contrer les effets de la rafale.The general principle of the following disclosure relates to a method and a system for reducing aerodynamic loads exerted on an aircraft by atmospheric turbulence, and in particular wind gusts. For this, information representative of the vertical wind speed is obtained in real time from a measurement system comprising sensors positioned on the aircraft. This information is then transmitted to the aerodynamic load reduction system for calculating a control command from a first derivative and, optionally, a second derivative of the vertical wind speed. This control command thus calculated allows real-time deflection of the control surfaces (e.g., elevators and/or ailerons) to reduce the aerodynamic loads by a “nose-down” or “pitch-up” action of the aircraft to counter the effects of the gust.
La
Selon le mode de réalisation de la
Le système de réduction de charges 101 est schématiquement et globalement illustré sur la
Le système de réduction de charges 101 est configuré pour recevoir une information représentative de la vitesse du vent vertical. Cette information est transmise par un système de mesure SYS_MES de l’aéronef 100 comprenant des capteurs configurés pour mesurer des conditions de vent (e.g., vitesse du vent vertical, angle d’incidence, etc.). Dans un exemple, les capteurs sont un ensemble de sondes d’incidence positionnées au niveau du nez de l’aéronef 100 et/ou un système de détection et de télémétrie par lumière, aussi appelé LIDAR («Light Detection and Ranging» en anglais).The load reduction system 101 is configured to receive information representative of the vertical wind speed. This information is transmitted by a measurement system SYS_MES of the aircraft 100 comprising sensors configured to measure wind conditions (e.g., vertical wind speed, angle of incidence, etc.). In one example, the sensors are a set of incidence probes positioned at the nose of the aircraft 100 and/or a light detection and ranging system, also called LIDAR (“ Light Detection and Ranging ” in English).
Le système de réduction de charges 101 est en outre configuré pour estimer une dérivée première et, optionnellement, une dérivée seconde de la vitesse du vent vertical obtenue à partir de ladite information pour calculer un ordre de gouverne. Le système de réduction de charges 101 est en outre configuré pour fournir cet ordre de gouverne au contrôleur de commande vol CCV. Le contrôleur de commande de vol CCV est configuré pour contrôler le mouvement,viades actionneurs (non représentés sur la
Le système de réduction de charges 101 est également configuré pour recevoir diverses autres informations en provenance d’autres systèmes avioniques de l’aéronef 100 (non représentés sur la
La
La plateforme matérielle comporte, reliés par un bus de communication 310, un processeur ou CPU («Central Processing Unit» en anglais) 301 ; une mémoire vive RAM («Random-Access Memory» en anglais) 302 ; une mémoire morte 303, par exemple de type ROM («Read Only Memory» en anglais) ou EEPROM(« Electrically-Erasable Programmable ROM» en anglais), telle qu’une mémoire Flash ; une unité de stockage, telle qu’un disque dur HDD («Hard Disk Drive» en anglais) 304, ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur de cartes SD («Secure Digital» en anglais) ; et un gestionnaire d’interfaces COM 305.The hardware platform comprises, connected by a communication bus 310, a processor or CPU ( Central Processing Unit ) 301; a random access memory (RAM) 302; a read-only memory 303, for example of the ROM ( Read Only Memory ) or EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM ) type, such as a Flash memory; a storage unit, such as a hard disk (HDD) 304, or a storage media reader, such as an SD ( Secure Digital ) card reader; and a COM interface manager 305.
Le gestionnaire d’interfaces COM 305 permet au système de réduction de charges 101 d’interagir avec d’autres systèmes avioniques de l’aéronef 100 comme par exemple le système de mesure SYS_MES.The COM interface manager 305 allows the load reduction system 101 to interact with other avionics systems of the aircraft 100 such as for example the SYS_MES measurement system.
Le processeur 301 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la mémoire vive 302 à partir de la mémoire morte 303, d’une mémoire externe, d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque la plateforme matérielle est mise sous tension, le processeur 301 est capable de lire de la mémoire vive 302 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant l’implémentation, par le processeur 301, de tout ou partie des étapes ou procédés ou plus largement des séquences de fonctionnement de l’aéronef décrites dans la présente description.The processor 301 is capable of executing instructions loaded into the RAM 302 from the ROM 303, an external memory, a storage medium (such as an SD card), or a communications network. When the hardware platform is powered on, the processor 301 is capable of reading instructions from the RAM 302 and executing them. These instructions form a computer program causing the implementation, by the processor 301, of all or part of the steps or methods or more broadly of the operating sequences of the aircraft described in the present description.
Tout ou partie des étapes, procédés et fonctionnements décrits ici peut ainsi être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un processeur de type DSP («Digital Signal Processor» en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant électronique («chip» en anglais) dédié ou un ensemble de composants électroniques («chipset» en anglais) dédié, par exemple un composant FPGA («Field Programmable Gate Array» en anglais) ou ASIC («Application Specific Integrated Circuit» en anglais). D’une manière générale, le système de réduction de charges 101 comporte de la circuiterie électronique adaptée et configurée pour implémenter tout ou partie des fonctionnements, procédés et étapes décrits ici.All or part of the steps, methods and operations described herein may thus be implemented in software form by executing a set of instructions by a programmable machine, for example a DSP ( Digital Signal Processor ) type processor or a microcontroller, or be implemented in hardware form by a machine or a dedicated electronic component ( chip ) or a set of dedicated electronic components ( chipset ), for example an FPGA ( Field Programmable Gate Array ) or ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ) component. In general, the load reduction system 101 comprises electronic circuitry adapted and configured to implement all or part of the operations, methods and steps described herein.
Il est présenté en lien avec la
Le procédé de réduction de charges aérodynamiques comprend :
- une détection d’une turbulence atmosphérique, telle que des rafales de vent. Cette détection de turbulence atmosphérique comprend les étapes 401 et 402 ;
- une réduction de charges aérodynamiques comprenant les étapes 403 à 405.The process of reducing aerodynamic loads includes:
- a detection of atmospheric turbulence, such as gusts of wind. This detection of atmospheric turbulence comprises steps 401 and 402;
- a reduction of aerodynamic loads comprising steps 403 to 405.
Dès le début du vol de l’aéronef 100, au cours de l’étape 401, le système de réduction de charges 101 réceptionne, en temps réel, en provenance d’un système de mesure SYS_MES une information représentative de la vitesse courante du vent vertical, notée u(t), à l’instanttdans une zone géographique particulière. Cette zone géographique particulière correspond à une zone de portée de mesure des capteurs du système de mesure SYS_MES.From the start of the flight of the aircraft 100, during step 401, the load reduction system 101 receives, in real time, from a measurement system SYS_MES information representative of the current vertical wind speed, noted u( t ), at time t in a particular geographical area. This particular geographical area corresponds to a measurement range area of the sensors of the measurement system SYS_MES.
Selon un mode de réalisation, le système de mesure SYS_MES transmet au système de réduction de charges 101 l’information représentative de la vitesse courante du vent vertical u(t) selon une fréquence prédéterminée. Dans un exemple, cette fréquence est inférieure à 500 ms.According to one embodiment, the measurement system SYS_MES transmits to the load reduction system 101 the information representative of the current vertical wind speed u( t ) according to a predetermined frequency. In one example, this frequency is less than 500 ms.
Dans un mode de réalisation, le système de mesure SYS_MES comprend une pluralité de capteurs correspondant à un ensemble de sondes d’incidence positionnées au niveau du nez de l’aéronef 100. Une turbulence atmosphérique, et en particulier une rafale de vent, a pour effet de faire varier la mesure d’angle d’incidence de ces sondes d’incidence. La vitesse courante du vent vertical u(t) est alors déterminée par un dispositif estimateur de vent, également compris dans le système de mesure SYS_MES, à partir de l’angle d’incidence mesuré à l’instanttpar les sondes d’incidence et de la vitesse réelle de l’aéronef 100.In one embodiment, the measurement system SYS_MES comprises a plurality of sensors corresponding to a set of incidence probes positioned at the nose of the aircraft 100. Atmospheric turbulence, and in particular a gust of wind, has the effect of varying the angle of incidence measurement of these incidence probes. The current vertical wind speed u( t ) is then determined by a wind estimating device, also included in the measurement system SYS_MES, from the angle of incidence measured at time t by the incidence probes and the actual speed of the aircraft 100.
Selon ce mode de réalisation, la zone géographique correspond à la zone de portée de mesure des sondes d’incidence, soit la zone correspondant à la position courante de l’aéronef 100 en cours de vol.According to this embodiment, the geographic area corresponds to the measurement range area of the incidence probes, i.e. the area corresponding to the current position of the aircraft 100 during flight.
Alternativement ou additionnellement, le système de mesure SYS_MES comprend un capteur correspondant à un LIDAR qui mesure directement la vitesse courante du vent vertical u(t) comme décrit dans la demande de brevet FR2 883 983 de la Demanderesse. En particulier, le LIDAR mesure directement la vitesse courante du vent vertical u(t) dans une zone géographique correspondant à une zone de portée de mesure se situant sur la trajectoire de l’aéronef 100 en vol, en amont de la position courante de l’aéronef 100, dans le sens de déplacement de celui-ci. Il est ainsi possible d’anticiper la charge aérodynamique qui va être exercée sur l’aéronef 100 par les rafales de vent présentes dans cette zone géographique lorsque l’aéronef 100 aura atteint ladite zone.Alternatively or additionally, the SYS_MES measurement system comprises a sensor corresponding to a LIDAR which directly measures the current vertical wind speed u( t ) as described in the Applicant's patent application FR2 883 983. In particular, the LIDAR directly measures the current vertical wind speed u( t ) in a geographical area corresponding to a measurement range area located on the trajectory of the aircraft 100 in flight, upstream of the current position of the aircraft 100, in the direction of movement thereof. It is thus possible to anticipate the aerodynamic load which will be exerted on the aircraft 100 by the gusts of wind present in this geographical area when the aircraft 100 has reached said area.
Le système de réduction de charges 101 obtient en outre d’autres systèmes de l’avionique de l’aéronef 100, une information représentative de la vitesse réelle de l’aéronef 100, notée V.The load reduction system 101 also obtains from other avionics systems of the aircraft 100, information representative of the actual speed of the aircraft 100, denoted V.
Au cours d’une étape 402, le système de réduction de charges 101 compare la valeur de la vitesse courante du vent vertical u(t) à un seuil prédéterminé, noté S. Si la valeur de la vitesse courante du vent vertical u(t) est supérieure au seuil prédéterminé S, alors le système de réduction de charges 101 réitère l’étape 401 (étape 402, avec résultat « non »), sinon, une étape 403 est effectuée (étape 402, avec résultat « oui »). L’application de ce seuil permet d’éviter tout déclenchement d’une réduction de charges aérodynamiques pour des rafales de vent faibles.During a step 402, the load reduction system 101 compares the value of the current vertical wind speed u( t ) with a predetermined threshold, denoted S. If the value of the current vertical wind speed u( t ) is greater than the predetermined threshold S, then the load reduction system 101 repeats step 401 (step 402, with result “no”), otherwise, a step 403 is carried out (step 402, with result “yes”). The application of this threshold makes it possible to avoid any triggering of an aerodynamic load reduction for weak wind gusts.
Lors de la réduction des charges aérodynamiques, dans une étape 403, le système de réduction de charges 101 estime une dérivée première notée
En effet, selon un mode de réalisation, il est possible de considérer la dérivée seconde
Le système de réduction de charges 101 calcule au cours d’une étape 404, un ordre de gouverne, fournissant un angle de braquage d’une surface de contrôle. Cet ordre de gouverne est calculé à partir de la dérivée première
Cet ordre de gouverne, noté
avec :with :
Vreprésentant la vitesse réelle de l’aéronef 100, c’est-à-dire la vitesse de l’aéronef 100 par rapport au sol et exprimée en mètres par seconde.
Le terme u(t) est la vitesse du vent vertical à l’instantt, exprimé en mètre par seconde.
Le terme
Le terme
V representing the actual speed of aircraft 100, that is to say the speed of aircraft 100 relative to the ground and expressed in meters per second.
The term u( t ) is the vertical wind speed at time t , expressed in meters per second.
The term
The term
Cette équation EQ1 de l’ordre de gouverne
Afin d’optimiser la réduction du facteur de charge de rafale de vent et donc d'améliorer le confort des passagers, le gain K wind est appliqué à l’équation EQ1 ci-dessus. En effet, par l'écriture de l'expression du facteur de charge par rapport à la vitesse du vent vertical, il est possible de démontrer qu'il existe un gain particulier ou un gain optimal, qui permet d'annuler le gain statique de la fonction de transfert par rapport à la vitesse du vent vertical à l’instantt, ce qui a pour effet de diminuer le facteur de charge au centre de gravité de l’aéronef 100.In order to optimize the reduction of the wind gust load factor and thus improve passenger comfort, the gain K wind is applied to equation EQ1 above. Indeed, by writing the expression of the load factor with respect to the vertical wind speed, it is possible to demonstrate that there is a particular gain or an optimal gain, which makes it possible to cancel the static gain of the transfer function with respect to the vertical wind speed at time t , which has the effect of reducing the load factor at the center of gravity of the aircraft 100.
Dans un mode de réalisation particulier, la réduction du facteur de charge de rafales de vent est optimisée afin d’améliorer le confort des passagers. Pour cela, le gain K wind doit être supérieur ou égal à un. Ainsi, afin de minimiser la valeur maximum du facteur de charge de rafales de vent dans le domaine de la basse fréquence des rafales de vent, le gain K wind s’exprime selon l’équation EQ2 suivante :In a particular embodiment, the reduction of the wind gust load factor is optimized in order to improve passenger comfort. For this, the gain K wind must be greater than or equal to one. Thus, in order to minimize the maximum value of the wind gust load factor in the low frequency domain of the wind gusts, the gain K wind is expressed according to the following equation EQ2:
Ainsi, l’ordre de gouverne optimisé, noté
Des premières simulations montrent un effet notable sur la réduction du facteur de charge de rafales de vent au centre de gravité de l’aéronef 100, de l’ordre de 30% pour des rafales discrètes. A l’aide de l’expression du gain optimal K wind mentionnée ci-dessus, cette réduction va jusqu’à 70%, toujours pour des rafales discrètes, mais avec cependant un accroissement de l’ordre gouverne (i.e., une augmentation de la valeur absolue de l’angle de braquage des surfaces de contrôle SC1 à SC6).Initial simulations show a significant effect on the reduction of the wind gust load factor at the center of gravity of the aircraft 100, of the order of 30% for discrete gusts. Using the expression for the optimal gain K wind mentioned above, this reduction goes up to 70%, still for discrete gusts, but with an increase in the control surface order (i.e., an increase in the absolute value of the steering angle of the control surfaces SC1 to SC6).
Au cours d’une étape 405, le système de réduction de charges 101 fournit en temps réel au calculateur de commande de vol CCV l’ordre de gouverne calculé selon l’équation EQ1 ou l’ordre de gouverne optimisé calculé selon l’équation EQ3. Le calculateur de commande de vol CCV commande ensuite des actionneurs des surfaces de contrôle SC1 à SC6 pour braquer l’une ou l’autre ou une combinaison de ces surfaces de contrôles SC1 à SC6 selon un angle de braquage dépendant de la vitesse courante du vent vertical u(t) et de la nature de la surface de contrôle à braquer.During a step 405, the load reduction system 101 provides the flight control computer CCV in real time with the control command calculated according to the equation EQ1 or the optimized control command calculated according to the equation EQ3. The flight control computer CCV then controls actuators of the control surfaces SC1 to SC6 to deflect one or the other or a combination of these control surfaces SC1 to SC6 according to a deflection angle depending on the current vertical wind speed u( t ) and the nature of the control surface to be deflected.
Dans un mode de réalisation particulier, lorsque le système de mesure SYS_MES comprend un LIDAR, il est possible pour le système de réduction des charges 101 de transmettre l’ordre de gouverne avant que l’aéronef 100 ne rencontre des rafales de vent détectées dans la zone géographique se situant sur la trajectoire de l’aéronef 100, en amont de l’aéronef 100 dans le sens de son déplacement. Cet ordre de gouverne est envoyé à un instant d’activation prédéterminé prenant en compte la position courante, la masse et l’inertie de l’aéronef 100. En outre, cet instant d’activation prédéterminé prend également en compte les retards de transmission au sein des différents systèmes de l’avionique de l’aéronef 100, afin que l’ordre de gouverne ne produise pas l’effet inverse de celui recherché, à savoir la réduction du facteur de charge. Il est ainsi possible d’effectuer un braquage de l’une ou l’autre ou une combinaison des surfaces de contrôle SC1 à SC6 de manière anticipée et plus douce, ce qui améliore le confort des passagers.In a particular embodiment, when the measurement system SYS_MES comprises a LIDAR, it is possible for the load reduction system 101 to transmit the steering command before the aircraft 100 encounters wind gusts detected in the geographical area located on the trajectory of the aircraft 100, upstream of the aircraft 100 in the direction of its movement. This steering command is sent at a predetermined activation time taking into account the current position, the mass and the inertia of the aircraft 100. In addition, this predetermined activation time also takes into account the transmission delays within the various avionics systems of the aircraft 100, so that the steering command does not produce the opposite effect to that sought, namely the reduction of the load factor. This makes it possible to perform steering of one or the other or a combination of the control surfaces SC1 to SC6 in an anticipated and smoother manner, which improves passenger comfort.
Selon un mode de réalisation, à la fin de l’étape 405, le système de réduction des charges 101 réitère la détection d’une turbulence atmosphérique, puis, le cas échéant, la réduction des charges atmosphériques, telles que décrites précédemment. Autrement dit, le calcul de l’ordre de gouverne est réalisé de manière itérative par une boucle de contrôle de fréquence prédéterminée, notéeΔt(par exempleΔt< 500 ms). Ainsi, à chacun des instants t0, t0+Δt, t0+ 2Δt, t0+ 3Δt… le système de réduction de charge 101 calcule les ordres de gouvernes. Lorsque la vitesse du vent verticale u(t) est inférieure au seuil prédéterminé S, alors l’ordre de gouverne permettant de contrer la rafale est nul (i.e., pas de braquage des surfaces de contrôles SC1 à SC6).
According to one embodiment, at the end of step 405, the load reduction system 101 repeats the detection of atmospheric turbulence, then, if necessary, the reduction of atmospheric loads, as described previously. In other words, the calculation of the control order is carried out iteratively by a control loop of predetermined frequency, noted Δt (for example Δt < 500 ms). Thus, at each of the instants t 0 , t 0 + Δt , t 0 + 2 Δt , t 0 + 3 Δt … the load reduction system 101 calculates the control orders. When the vertical wind speed u( t ) is lower than the predetermined threshold S, then the control order making it possible to counter the gust is zero (i.e., no deflection of the control surfaces SC1 to SC6).
Claims (10)
(i) une détection d’une turbulence atmosphérique, et
(ii) une réduction des charges aérodynamiques,
ladite détection comprenant les étapes suivantes :
- réceptionner en provenance d’un système de mesure (SYS_MES) une information représentative d’une vitesse courante du vent vertical (u(t)),
- comparer ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)) à un seuil prédéterminé (S),
- déterminer la présence de la turbulence atmosphérique si ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)) est supérieure à un seuil prédéterminé (S),
ladite réduction des charges aérodynamiques comprenant :
- estimer une dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)),
- calculer un ordre de gouverne au moins à partir de la dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)),
- fournir ledit ordre de gouverne pour un braquage d’au moins une surface de contrôle de l’aéronef (100) en fonction dudit ordre de gouverne,
ladite réduction des charges aérodynamiques étant exécutée lorsque ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)) est supérieure au seuil prédéterminé (S), sinon ladite détection est réitérée.A method of reducing aerodynamic loads exerted on an aircraft (100) in flight by atmospheric turbulence, said method being implemented by an aerodynamic load reduction system (101) in the form of electronic circuitry, said method comprising:
(i) a detection of atmospheric turbulence, and
(ii) a reduction in aerodynamic loads,
said detection comprising the following steps:
- receive information from a measuring system (SYS_MES) representing a current vertical wind speed (u( t )),
- compare said current vertical wind speed (u( t )) to a predetermined threshold (S),
- determine the presence of atmospheric turbulence if said current vertical wind speed (u( t )) is greater than a predetermined threshold (S),
said reduction of aerodynamic loads comprising:
- estimate a first derivative of said current vertical wind speed (u( t )),
- calculate a steering order at least from the first derivative of said current vertical wind speed (u( t )),
- providing said control command for a deflection of at least one control surface of the aircraft (100) as a function of said control command,
said reduction of aerodynamic loads being carried out when said current vertical wind speed (u( t )) is greater than the predetermined threshold (S), otherwise said detection is repeated.
- K wind représentant un gain pour une optimisation de la réduction du facteur de charge de rafale de vent ;
-
-
-
-
-Vreprésentant une vitesse réelle de l’aéronef (100) ;
-
-
- u(t) correspondant à la vitesse courante du vent vertical à l’instantt;
-
-
- K wind representing a gain for an optimization of the reduction of the wind gust load factor;
-
-
-
-
- V representing a real speed of the aircraft (100);
-
-
- u(t) corresponding to the current vertical wind speed at time t ;
-
-
(i) exécuter une détection d’une turbulence atmosphérique, et
(ii) exécuter une réduction des charges aérodynamiques,
ladite détection comprenant les étapes suivantes :
- réceptionner en provenance d’un système de mesure (SYS_MES) une information représentative d’une vitesse courante du vent vertical (u(t)),
- comparer ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)) à un seuil prédéterminé (S),
- déterminer la présence de la turbulence atmosphérique si ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)) est supérieure à un seuil prédéterminé (S),
ladite réduction des charges aérodynamiques comprenant :
- estimer une dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)),
- calculer un ordre de gouverne au moins à partir de la dérivée première de ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)),
- fournir ledit ordre de gouverne pour un braquage d’une surface de contrôle de l’aéronef (100) en fonction dudit ordre de gouverne,
ladite réduction des charges aérodynamiques étant exécutée lorsque ladite vitesse courante du vent vertical (u(t)) est supérieure au seuil prédéterminé (S), sinon ladite détection est réitérée.A system for reducing aerodynamic loads exerted on an aircraft (100) in flight by atmospheric turbulence, said system comprising electronic circuitry configured to:
(i) perform atmospheric turbulence detection, and
(ii) implement a reduction in aerodynamic loads,
said detection comprising the following steps:
- receive information from a measuring system (SYS_MES) representing a current vertical wind speed (u( t )),
- compare said current vertical wind speed (u( t )) to a predetermined threshold (S),
- determine the presence of atmospheric turbulence if said current vertical wind speed (u( t )) is greater than a predetermined threshold (S),
said reduction of aerodynamic loads comprising:
- estimate a first derivative of said current vertical wind speed (u( t )),
- calculate a steering order at least from the first derivative of said current vertical wind speed (u( t )),
- providing said control command for a deflection of a control surface of the aircraft (100) as a function of said control command,
said reduction of aerodynamic loads being carried out when said current vertical wind speed (u( t )) is greater than the predetermined threshold (S), otherwise said detection is repeated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2403553A FR3161040A1 (en) | 2024-04-05 | 2024-04-05 | METHOD AND SYSTEM FOR REDUCING AERODYNAMIC LOADS EXERCISED ON AN AIRCRAFT BY ATMOSPHERIC TURBULENCE. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2403553 | 2024-04-05 | ||
| FR2403553A FR3161040A1 (en) | 2024-04-05 | 2024-04-05 | METHOD AND SYSTEM FOR REDUCING AERODYNAMIC LOADS EXERCISED ON AN AIRCRAFT BY ATMOSPHERIC TURBULENCE. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3161040A1 true FR3161040A1 (en) | 2025-10-10 |
Family
ID=92456795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2403553A Pending FR3161040A1 (en) | 2024-04-05 | 2024-04-05 | METHOD AND SYSTEM FOR REDUCING AERODYNAMIC LOADS EXERCISED ON AN AIRCRAFT BY ATMOSPHERIC TURBULENCE. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3161040A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2883983A1 (en) | 2005-03-31 | 2006-10-06 | Airbus France Sas | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING AIR TURBULENCE IN THE ENVIRONMENT OF AN AIRCRAFT |
| US20080251648A1 (en) * | 2005-10-11 | 2008-10-16 | Airbus France | Method and Device for Attenuating on an Aircraft the Effects of a Vertical Turbulence |
| EP2238025B1 (en) * | 2007-12-17 | 2012-04-18 | The Boeing Company | Vertical gust suppression for transport aircraft |
| EP4332001A1 (en) * | 2022-08-29 | 2024-03-06 | Airbus Operations (S.A.S.) | Method for adjusting aircraft controls |
-
2024
- 2024-04-05 FR FR2403553A patent/FR3161040A1/en active Pending
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