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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

Publication number
FR3161040A1
FR3161040A1 FR2403553A FR2403553A FR3161040A1 FR 3161040 A1 FR3161040 A1 FR 3161040A1 FR 2403553 A FR2403553 A FR 2403553A FR 2403553 A FR2403553 A FR 2403553A FR 3161040 A1 FR3161040 A1 FR 3161040A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
aircraft
wind speed
vertical wind
current vertical
aerodynamic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2403553A
Other languages
French (fr)
Inventor
Jérôme BAZILE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Operations SAS
Original Assignee
Airbus Operations SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Operations SAS filed Critical Airbus Operations SAS
Priority to FR2403553A priority Critical patent/FR3161040A1/en
Publication of FR3161040A1 publication Critical patent/FR3161040A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02Initiating means
    • B64C13/16Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/40Control within particular dimensions
    • G05D1/48Control of altitude or depth
    • G05D1/485Control of rate of change of altitude or depth
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/60Intended control result
    • G05D1/606Compensating for or utilising external environmental conditions, e.g. wind or water currents
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/80Arrangements for reacting to or preventing system or operator failure
    • G05D1/83Limitation of acceleration or structural stress
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D2109/20Aircraft, e.g. drones
    • G05D2109/22Aircraft, e.g. drones with fixed wings

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  • Automation & Control Theory (AREA)
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  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

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

PROCEDE ET SYSTEME DE REDUCTION DE CHARGES AERODYNAMIQUES EXERCEES SUR UN AERONEF PAR DES TURBULENCES ATMOSPHERIQUES.METHOD AND SYSTEM FOR REDUCING AERODYNAMIC LOADS EXERCISED ON AN AIRCRAFT BY ATMOSPHERIC TURBULENCE.

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.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURESTATE OF PRIOR ART

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 :
Avec :
- K wind représentant un gain pour une optimisation de la réduction du facteur de charge de rafale de vent ;
- correspondant à un gradient de moment en effet de variation de vitesse de tangage de l’aéronef complet exprimé à un foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
- correspondant à un gradient de moment en effet de vitesse de tangage de l’aéronef complet exprimé au foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
- correspondant à un gradient de moment en effet de variation d’incidence de l’aéronef complet exprimé au foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
- correspondant à un gradient de moment en effet de braquage de ladite au moins une surface de contrôle de l’aéronef complet exprimé au foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
-Vreprésentant une vitesse réelle de l’aéronef ;
- correspondant à une longueur de référence ;
- représentant un temps de parcours du vent depuis un nez de l’aéronef jusqu’au foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
- u(t) correspondant à la vitesse courante du vent vertical à l’instantt;
- correspondant à la dérivée première de la vitesse courante du vent vertical u(t) ;
- correspondant à une dérivée seconde de la vitesse courante du vent vertical u(t).
According to a particular embodiment, said steering order is expressed according to the following equation:
With :
- K wind representing a gain for an optimization of the reduction of the wind gust load factor;
- corresponding to a moment gradient in effect of variation of pitch speed of the complete aircraft expressed at an aerodynamic focus in effect of incidence;
- corresponding to a moment gradient in effect of pitch speed of the complete aircraft expressed at the aerodynamic focus in effect of incidence;
- corresponding to a gradient of moment in effect of variation of incidence of the complete aircraft expressed at the aerodynamic focus in effect of incidence;
- corresponding to a gradient of moment in effect of steering of said at least one control surface of the complete aircraft expressed at the aerodynamic focus in effect of incidence;
- V representing a real speed of the aircraft;
- corresponding to a reference length;
- representing a travel time of the wind from the nose of the aircraft to the aerodynamic focus in effect of incidence;
- u(t) corresponding to the current vertical wind speed at time t ;
- corresponding to the first derivative of the current vertical wind speed u(t);
- corresponding to a second derivative of the current vertical wind speed u(t).

Selon un mode de réalisation particulier, le gain K wind est exprimé selon l’équation suivante :
et l’ordre de gouverne optimisé est alors exprimé selon l’équation suivante :
.
According to a particular embodiment, the gain K wind is expressed according to the following equation:
and the optimized steering order is then expressed according to the following equation:
.

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:

FIG. 1illustre schématiquement, en vue de côté, un aéronef équipé d’un système de réduction de charges aérodynamiques, selon un mode de réalisation ; FIG. 1 schematically illustrates, in side view, an aircraft equipped with an aerodynamic load reduction system, according to one embodiment;

FIG. 2illustre schématiquement le système de réduction de charges aérodynamiques, selon un mode de réalisation ; FIG. 2 schematically illustrates the aerodynamic load reduction system, according to one embodiment;

FIG. 3illustre schématiquement un exemple de plateforme matérielle permettant d’implémenter, sous forme de circuiterie électronique, le système de réduction de charges aérodynamiques selon un mode de réalisation ; et FIG. 3 schematically illustrates an example of a hardware platform for implementing, in the form of electronic circuitry, the aerodynamic load reduction system according to one embodiment; and

FIG. 4illustre schématiquement les étapes d’un procédé de réduction des charges aérodynamiques exercées sur un aéronef, exécuté par le système de réduction de charges aérodynamiques, selon un mode de réalisation. FIG. 4 schematically illustrates the steps of a method for reducing aerodynamic loads exerted on an aircraft, executed by the aerodynamic load reduction system, according to one embodiment.

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.

LaFIG. 1illustre schématiquement, en vue de côté, un aéronef 100 équipé d’un système de réduction de charges aérodynamiques 101, selon un mode de réalisation.There FIG. 1 schematically illustrates, in side view, an aircraft 100 equipped with an aerodynamic load reduction system 101, according to one embodiment.

Selon le mode de réalisation de laFIG. 1, le système de réduction de charges aérodynamiques 101 (aussi appelé par la suite système de réduction de charges 101) est un équipement électronique embarqué dans l’aéronef 100. Par exemple, le système de réduction de charges 101 fait partie d’une circuiterie électronique de l’avionique de l’aéronef 100. Par exemple, le système de réduction de charges 101 est intégré à un calculateur de commande de vol, noté CCV.Depending on the method of implementation of the FIG. 1 , the aerodynamic load reduction system 101 (also subsequently called load reduction system 101) is electronic equipment on board the aircraft 100. For example, the load reduction system 101 is part of an electronic circuit of the avionics of the aircraft 100. For example, the load reduction system 101 is integrated into a flight control computer, denoted CCV.

Le système de réduction de charges 101 est schématiquement et globalement illustré sur laFIG. 2, selon un mode de réalisation.The load reduction system 101 is schematically and generally illustrated in the FIG. 2 , according to one embodiment.

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 laFIG. 2), des surfaces de contrôles de l’aéronef 100, telles que les deux ailerons externes (notés SC1 et SC2), les deux ailerons internes (notés SC3 et SC4) et /ou les deux gouvernes de profondeur (notées SC5 et SC6). En particulier, le contrôleur de commande vol CCV est configuré pour transmettre l’ordre de gouverne calculé par le système de réduction des charges 101 aux actionneurs qui braquent alors l’une ou l’autre, ou une combinaison des surfaces de contrôle SC1 à SC6 selon un angle particulier.The load reduction system 101 is further configured to estimate a first derivative and, optionally, a second derivative of the vertical wind speed obtained from said information to calculate a control command. The load reduction system 101 is further configured to provide this control command to the flight control controller CCV. The flight control controller CCV is configured to control the movement, via actuators (not shown in the FIG. 2 ), control surfaces of the aircraft 100, such as the two external ailerons (denoted SC1 and SC2), the two internal ailerons (denoted SC3 and SC4) and/or the two elevators (denoted SC5 and SC6). In particular, the flight control controller CCV is configured to transmit the control order calculated by the load reduction system 101 to the actuators which then deflect one or the other, or a combination of the control surfaces SC1 to SC6 according to a particular angle.

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 laFIG. 2). Ces informations sont par exemple des informations concernant l’altitude de l’aéronef 100, la vitesse réelle de l’aéronef 100 (i.e., vitesse de l’aéronef par rapport au sol), etc.The load reduction system 101 is also configured to receive various other information from other avionics systems of the aircraft 100 (not shown in the FIG. 2 ). This information is, for example, information concerning the altitude of the aircraft 100, the actual speed of the aircraft 100 (i.e., speed of the aircraft relative to the ground), etc.

LaFIG. 3illustre schématiquement un exemple de plateforme matérielle permettant d’implémenter, sous forme de circuiterie électronique, le système de réduction de charges 101, selon un mode de réalisation.There FIG. 3 schematically illustrates an example of a hardware platform making it possible to implement, in the form of electronic circuitry, the load reduction system 101, according to one embodiment.

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 laFIG. 4, sous forme d’un diagramme les étapes d’un procédé de réduction de charges aérodynamiques exercées sur l’aéronef 100 par une turbulence atmosphérique, telle que des rafales de vent, selon un mode de réalisation. Tout ou partie de ce procédé de réduction de charges aérodynamiques est implémenté par le système de réduction de charges 101 décrit ci-dessus.It is presented in connection with the FIG. 4 , in the form of a diagram the steps of a method for reducing aerodynamic loads exerted on the aircraft 100 by atmospheric turbulence, such as gusts of wind, according to one embodiment. All or part of this method for reducing aerodynamic loads is implemented by the load reduction system 101 described above.

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 et, optionnellement une dérivée seconde notée de la vitesse courante du vent vertical u(t).When reducing aerodynamic loads, in a step 403, the load reduction system 101 estimates a first derivative noted and, optionally a second derivative noted of the current vertical wind speed u( t ).

En effet, selon un mode de réalisation, il est possible de considérer la dérivée seconde de la vitesse courante du vent vertical u(t) comme négligeable (i.e., approximation selon laquelle la dérivée seconde est sensiblement nulle) afin de simplifier le calcul de l’équation EQ1 ci-dessous.Indeed, according to one embodiment, it is possible to consider the second derivative of the current vertical wind speed u( t ) as negligible (i.e., approximation according to which the second derivative is substantially zero) in order to simplify the calculation of equation EQ1 below.

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 et avantageusement de la dérivée seconde de la vitesse courante du vent u(t) afin de braquer l’une ou l’autre ou une combinaison des surfaces de contrôle SC1 à SC6 selon un angle de braquage approprié pour réduire les charges aérodynamiques. En outre, l’angle de braquage est adapté à la nature de la surface de contrôle. En effet, l’ordre de gouverne dépend de la nature de la surface de contrôle, c’est-à-dire qu’il est différent si la surface de contrôle correspond à un aileron interne, ou un aileron externe ou une gouverne de profondeur.The load reduction system 101 calculates during a step 404, a control command, providing a steering angle of a control surface. This control command is calculated from the first derivative and advantageously of the second derivative of the current wind speed u( t ) in order to deflect one or the other or a combination of the control surfaces SC1 to SC6 by an appropriate deflection angle to reduce the aerodynamic loads. Furthermore, the deflection angle is adapted to the nature of the control surface. Indeed, the control order depends on the nature of the control surface, that is to say it is different if the control surface corresponds to an internal aileron, or an external aileron or an elevator.

Cet ordre de gouverne, noté s’exprime selon l’équation EQ1 ci-dessous :This steering order, noted is expressed according to equation EQ1 below:

avec :with :

représentant un gain permettant une optimisation de la réduction du facteur de charge de rafales de vent («gust load factor» en anglais) ; representing a gain allowing an optimization of the reduction of the wind gust load factor;

correspondant au gradient de « moment en effet de variation de vitesse de tangage » de l’aéronef 100 complet exprimé au « foyer aérodynamique en effet d’incidence ». Le foyer aérodynamique en effet d’incidence (ou «neutral point» en anglais) étant le point de réduction des forces en effets d’incidence.
correspondant au gradient de « moment en effet de vitesse de tangage » de l’aéronef 100 complet exprimé au « foyer aérodynamique en effet d’incidence », sans dimension.
correspondant au gradient de « moment en effet de variation d’incidence » de l’aéronef 100 complet exprimé au « foyer aérodynamique en effet d’incidence », sans dimension.
correspondant au gradient de « moment en effet de braquage d’une surface de contrôle donnée » de l’aéronef 100 complet exprimé au « foyer aérodynamique en effet d’incidence », sans dimension.
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.
correspondant à la longueur de référence. Ce paramètre est classiquement utilisé dans les équations de la mécanique du vol et est exprimé en mètre.
représentant le temps de parcours du vent depuis le nez de l’aéronef 100 jusqu’au « foyer aérodynamique en effet d’incidence » et est exprimé en seconde.
Le terme u(t) est la vitesse du vent vertical à l’instantt, exprimé en mètre par seconde.
Le terme est la dérivée première de la vitesse du vent vertical u(t). Il s’agit du vent vertical exprimé en mètre par seconde au carrée, à l’instantt.
Le terme est la dérivée seconde de la vitesse du vent vertical u(t). Il s’agit du vent vertical exprimé en mètre par seconde au cube, à l’instantt.
corresponding to the gradient of the “moment in effect of variation of pitch speed” of the complete aircraft 100 expressed at the “aerodynamic focus in effect of incidence”. The aerodynamic focus in effect of incidence (or “ neutral point ” in English) being the point of reduction of the forces in effects of incidence.
corresponding to the gradient of “moment in effect of pitch speed” of the complete aircraft 100 expressed at the “aerodynamic focus in effect of incidence”, without dimension.
corresponding to the gradient of “moment in effect of variation of incidence” of the complete aircraft 100 expressed at the “aerodynamic focus in effect of incidence”, without dimension.
corresponding to the gradient of “moment in effect of deflection of a given control surface” of the complete aircraft 100 expressed at the “aerodynamic focus in effect of incidence”, without dimension.
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.
corresponding to the reference length. This parameter is classically used in the equations of flight mechanics and is expressed in meters.
representing the travel time of the wind from the nose of the aircraft 100 to the “aerodynamic focus of incidence” and is expressed in seconds.
The term u( t ) is the vertical wind speed at time t , expressed in meters per second.
The term is the first derivative of the vertical wind speed u( t ). This is the vertical wind expressed in meters per second squared, at time t .
The term is the second derivative of the vertical wind speed u( t ). This is the vertical wind expressed in meters per second cubed, at time t .

Cette équation EQ1 de l’ordre de gouverne en fonction de la dérivée première et, optionnellement de la dérivée seconde de la vitesse du vent vertical à l’instanttrésulte d’un couplage entre une équation de portance et de moments aérodynamiques d’un modèle linéaire quasi-statique de mécanique du vol. En effectuant ce couplage, cela permet d'aboutir à une équation unique exprimée en fonction de la vitesse du vent vertical à l’instanttcomme donnée d’entrée et des surfaces de contrôles (i.e., gouverne de profondeur et/ou ailerons internes et/ou ailerons externes). Il se trouve qu’en effectuant ce couplage, la composante directe du vent vertical disparait en ne laissant apparaître que les composantes correspondant à la dérivée première et, le cas échéant, à la dérivée seconde de la vitesse du vent vertical à l’instantt. En effet, comme décrit ci-dessus, dans un mode de réalisation particulier, il est possible d’approximer la dérivée seconde et de la considérer comme négligeable.This equation EQ1 of the steering order as a function of the first derivative and, optionally, the second derivative of the vertical wind speed at time t results from a coupling between a lift equation and aerodynamic moments of a quasi-static linear model of flight mechanics. By performing this coupling, this makes it possible to arrive at a single equation expressed as a function of the vertical wind speed at time t as input data and the control surfaces (i.e., elevator and/or internal ailerons and/or external ailerons). It turns out that by performing this coupling, the direct component of the vertical wind disappears, leaving only the components corresponding to the first derivative and, where appropriate, to the second derivative of the vertical wind speed at time t . Indeed, as described above, in a particular embodiment, it is possible to approximate the second derivative and to consider it as negligible.

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 peut s’exprimer selon l’équation EQ3 ci-dessous :Thus, the optimized steering order, noted can be expressed according to equation EQ3 below:

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)

Procédé de réduction des charges aérodynamiques exercées sur un aéronef (100) en vol par des turbulences atmosphériques, ledit procédé étant implémenté par un système de réduction des charges aérodynamiques (101) 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 (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.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit ordre de gouverne est exprimé selon l’équation (EQ1) suivante :
Avec :
- K wind représentant un gain pour une optimisation de la réduction du facteur de charge de rafale de vent ;
- correspondant à un gradient de moment en effet de variation de vitesse de tangage de l’aéronef (100) complet exprimé à un foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
- correspondant à un gradient de moment en effet de vitesse de tangage de l’aéronef (100) complet exprimé au foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
- correspondant à un gradient de moment en effet de variation d’incidence de l’aéronef (100) complet exprimé au foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
- correspondant à un gradient de moment en effet de braquage de ladite au moins une surface de contrôle de l’aéronef (100) complet exprimé au foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
-Vreprésentant une vitesse réelle de l’aéronef (100) ;
- correspondant à une longueur de référence ;
- représentant un temps de parcours du vent depuis un nez de l’aéronef (100) jusqu’au foyer aérodynamique en effet d’incidence ;
- u(t) correspondant à la vitesse courante du vent vertical à l’instantt;
- correspondant à la dérivée première de la vitesse courante du vent vertical u(t) ;
- correspondant à une dérivée seconde de la vitesse courante du vent vertical u(t).
The method of claim 1, wherein said steering order is expressed according to the following equation (EQ1):
With :
- K wind representing a gain for an optimization of the reduction of the wind gust load factor;
- corresponding to a moment gradient in effect of variation of pitch speed of the aircraft (100) complete expressed at an aerodynamic focus in effect of incidence;
- corresponding to a moment gradient in effect of pitch speed of the aircraft (100) complete expressed at the aerodynamic focus in effect of incidence;
- corresponding to a moment gradient in effect of variation of incidence of the aircraft (100) complete expressed at the aerodynamic focus in effect of incidence;
- corresponding to a gradient of moment in effect of steering of said at least one control surface of the complete aircraft (100) expressed at the aerodynamic focus in effect of incidence;
- V representing a real speed of the aircraft (100);
- corresponding to a reference length;
- representing a travel time of the wind from a nose of the aircraft (100) to the aerodynamic focus in effect of incidence;
- u(t) corresponding to the current vertical wind speed at time t ;
- corresponding to the first derivative of the current vertical wind speed u(t);
- corresponding to a second derivative of the current vertical wind speed u(t).
Procédé selon la revendication 2, dans lequel le gain K wind est exprimé selon l’équation (EQ2) suivante :
et l’ordre de gouverne optimisé est alors exprimé selon l’équation (EQ3) suivante :
.
The method of claim 2, wherein the gain K wind is expressed according to the following equation (EQ2):
and the optimized steering order is then expressed according to the following equation (EQ3):
.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite détection de la présence de la turbulence atmosphérique et ladite réduction des charges aérodynamiques sont réitérées selon une fréquence (Δt) prédéterminée.A method according to any one of claims 1 to 3, wherein said detection of the presence of atmospheric turbulence and said reduction of aerodynamic loads are repeated at a predetermined frequency ( Δt ). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit système de mesure (SYS_MES) comprend un système de détection et de télémétrie par lumière (LIDAR) configuré pour obtenir ladite information représentative de la vitesse courante du vent vertical (u(t)).Method according to any one of claims 1 to 4, wherein said measuring system (SYS_MES) comprises a light detection and ranging system (LIDAR) configured to obtain said information representative of the current vertical wind speed (u( t )). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit système de mesure (SYS_MES) 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 (u(t)) est obtenue.Method according to any one of claims 1 to 5, wherein said measuring system (SYS_MES) 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 (u( t )) is obtained. Système de réduction des charges aérodynamiques exercées sur un aéronef (100) 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 (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.
Aéronef (100) comprenant un système de réduction des charges aérodynamiques (101) selon la revendication 7.Aircraft (100) comprising an aerodynamic load reduction system (101) according to claim 7. Produit programme d’ordinateur, comportant des instructions entraînant l’exécution, par un processeur, du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque lesdites instructions sont exécutées par le processeur.Computer program product, comprising instructions causing the execution, by a processor, of the method according to any one of claims 1 to 6, when said instructions are executed by the processor. Support de stockage, stockant un programme d’ordinateur comportant des instructions entraînant l’exécution, par un processeur, du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque lesdites instructions sont lues et exécutées par le processeur.Storage medium, storing a computer program comprising instructions causing the execution, by a processor, of the method according to any one of claims 1 to 6, when said instructions are read and executed by the processor.
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FR2883983A1 (en) 2005-03-31 2006-10-06 Airbus France Sas METHOD AND DEVICE FOR MEASURING AIR TURBULENCE IN THE ENVIRONMENT OF AN AIRCRAFT
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