LES DIFFÉRENTES TECHNIQUES DE PILOTAGES

1.1 LE PILOTAGE MANUEL

Les tâches de :

- Perception de la situation de l'aéronef dans son domaine de vol ;

- Élaboration de l'ordre à imprimer ;

- Exécution de l'ordre via la cinématique des commandes de vol

sont confiées au pilote qui est donc l'élément essentiel de la boucle de pilotage

LE PILOTAGE SEMI-AUTOMATIQUE : SYSTÈMES DIRECTEURS DE VOL

Le pilotage semi-automatique est effectué à l'aide d'un calculateur Directeur de Vol (D.V.).

Les taches de perception et d'élaboration sont confiées au D.V.

Les ordres élaborés par le D.V. sont visualisés par des barres de tendances ou des moustaches

d'un indicateur d'attitudes (A.D.I. Attitude Director Indicator ou Indicateur Sphérique) ou d'un

système E.F.I.S. (en mode P.F.D.)

Le déplacement des barres de tendances ou des moustaches donne le sens et l'amplitude des

mouvements à imprimer à l'aéronef.

Le pilote n'a plus qu'à exécuter les ordres par alignement des barres de tendances ou des

moustaches avec la maquette avion en intervenant sur la cinématique des commandes de vol

LE PILOTAGE AUTOMATIQUE

Les 3 phases de perception, élaboration et exécution sont confiées à un calculateur Pilote

Automatique P.A.

Le pilote n'a alors plus qu'un rôle de contrôle.

2 LES RÔLES D'UN PILOTE AUTOMATIQUE

Ils sont :

- Surveillance : le P.A. exécute des commandes de routine afin de maintenir certaines assiettes de

vol, donc de contrôler les mouvements aéronef autour de son centre de gravité. Il assure la relève

du pilote

- Évolution : le P.A. peut faire effectuer à l'aéronef des évolutions simples ou délicates, donc de

contrôler les déplacements du centre de gravité de l'aéronef dans l'espace

- Stabilisation : le P.A. assure l'amortissement sur les trois axes.

LES FONCTIONS D'UN PILOTE AUTOMATIQUE

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LE PRINCIPE DE TRAVAIL DU PILOTE AUTOMATIQUE

4.1 LA LOI DE PILOTAGE

La loi de pilotage est la relation entre la détection d'un écart d'assiette ΔA de l'aéronef

(différence entre l'assiette de référence et l'assiette instantanée) et l'ordre βc nécessaire pour le

ramener à son assiette de référence.

De façon générale, l'ordre de pilotage βc est la somme de trois termes :

- Un terme direct : K1.ΔA assure la rapidité du système par amplification directe du signal

d'écart ;

- Un terme dérivé : K2.dA/dt, issu d'un montage dérivateur ou d'un gyromètre, assure la stabilité

du système

- Un terme intégré : K3.∫A.dt, obtenu par un montage intégrateur, assure la précision du signal et

compense les variations lentes d'assiettes.

D'où la relation :

βc = K1.ΔA + K2.dA/dt + K3.∫A.dt.

L'APPLICATION DES ORDRES DE PILOTAGE

Après amplification, les ordres de pilotage électriques βc sont transformés en ordres de

déplacements mécaniques par différents types d'organes de puissance :

- Des servocommandes : principalement sur les avions de chasse et les hélicoptères moyens et

lourds. Sur certains hélicoptères, ces servocommandes peuvent être regroupées en un seul et

même module : le bloc hydraulique

- Des servomoteurs : principalement sur les avions de transport ;

- Des vérins : principalement sur les hélicoptères légers

Le vérin de pilotage :

- Est placé en série dans les Commandes De Vol (C.D.V.) ;

- Reçoit les termes direct et dérivé ;

- Est rapide et dispose de 10% d'autorité sur les C.D.V. ;

- Travaille en boucle fermée ;

- Est asservi en position et en vitesse.

Le vérin de trim :

- Est placé en parallèle dans les C.D.V. ;

- Reçoit le terme intégré ;

- Est un vérin lent de puissance et dispose de 100% d'autorité sur les C.D.V. ;

- Travaille en boucle ouverte.

4.2.2 LE TRIM AUTOMATIQUE

Le décentrage du vérin de pilotage a deux conséquences :

- Limitation de l'autorité du P.A. à cause des 10% d'autorité ;

- Lors d'une déconnexion P.A. la timonerie revient brutalement au neutre sous l'effet du S.R.

A. (Système de Réaction Artificielle).

Le trim automatique permet donc :

- De recentrer en permanence le vérin de pilotage grâce au vérin de trim et ses 100%

d'autorité

LA CONSTITUTION D'UNE CHAÎNE P.A

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MANCHE / PALONNIERS

Différents dispositifs de connexion / déconnexion et de mise hors service se trouvent sur les

manches pilotes.

Un effort aux manches ou aux palonniers, avec le P.A. en service connecté, permet au pilote de

reprendre en main l'aéronef

LES DÉTECTEURS CORRECTEURS

Constitués par des gyromètres et des accéléromètres, ils transmettent au calculateur les

informations de correction pour le fonctionnement des différentes fonctions du P.A.

LE POSTE DE COMMANDE P.A.

Interface entre le pilote et le système, il permet :

- La mise en service du P.A. ;

- L'activation des différentes fonctions du mode supérieur ;

- La visualisation de l'état du P.A.

LES ALARMES ET SÉCURITÉS

Elles assurent la sécurité des vols :

- Par des alarmes sonores et / ou lumineuses ;

- En limitant automatiquement les ordres de pilotage ;

- En provoquant la déconnexion ou la mise hors service du P.A

LES DÉTECTEURS DE POSITIONS ET DE PARAMÈTRES

Pouvant être de type centrale aérodynamique, centrale gyroscopique, centrale inertielle, ces

détecteurs informent le calculateur des assiettes et du domaine de vol de l'aéronef.

5.6 LE CALCULATEUR P.A.

C'est l'élément principal du système P.A. qui assure :

- L'élaboration des ordres de pilotage βc ;

- L'amplification des signaux ;

- La gestion des sécurités du système.

6 LES BOUCLES D'ASSERVISSEMENTS

Pour chaque axe (tangage, roulis et lacet), il existe deux boucles d'asservissements travaillant

simultanément.

6.1 LA BOUCLE GOUVERNE

Elle contrôle le bon déplacement de l'organe de puissance en fonction de l'ordre élaboré par le

calculateur.

6.2 LA BOUCLE P.A.

Elle contrôle la position de l'aéronef par rapport au braquage des gouvernes

LES ÉTATS DE FONCTIONNEMENT DU P.A(image)

Les Différentes Techniques de Pilotage

L'aéronef peut être piloté selon trois techniques principales, chacune impliquant une répartition différente des tâches entre le pilote et les systèmes automatiques.

1. Le Pilotage Manuel

Dans cette technique, le pilote est l'élément central et effectue toutes les tâches essentielles du cycle de pilotage :

• Perception de la situation de l'aéronef dans son domaine de vol.
• Élaboration de l'ordre à appliquer.
• Exécution de l'ordre via les commandes de vol.

Le pilote est donc directement responsable de l'analyse, de la décision et de l'action sur l'aéronef.

2. Le Pilotage Semi-Automatique

Le pilotage semi-automatique utilise un calculateur appelé Directeur de Vol (D.V.) pour assister le pilote. Les tâches sont réparties comme suit :

• Les tâches de perception et d'élaboration sont confiées au D.V.
• Les ordres élaborés par le D.V. sont visualisés par le pilote via des barres de tendances ou des moustaches sur un indicateur d'attitude (A.D.I. - Attitude Director Indicator ou Indicateur Sphérique) ou un système E.F.I.S. (en mode P.F.D.).
• Le pilote exécute ces ordres en alignant les indications du D.V. avec la maquette avion, en intervenant sur les commandes de vol.

Pour les aéronefs équipés d'un pilote automatique (P.A.), le D.V. fait partie intégrante du P.A., et leurs fonctions sont similaires.

3. Le Pilotage Automatique (P.A.)

Dans ce mode, toutes les phases de pilotage sont confiées à un calculateur :

• La perception.
• L'élaboration des ordres.
• L'exécution des ordres.

Le pilote n'a alors qu'un rôle de contrôle et de supervision du système.

Les Fonctions du Pilote Automatique

Les P.A. ont plusieurs rôles cruciaux :

• Surveillance : Maintien des assiettes de vol, contrôle des mouvements de l'aéronef autour de son centre de gravité. Il "relève" le pilote.
• Évolution : Capacité à faire effectuer à l'aéronef des manœuvres, simples ou complexes, contrôlant les déplacements du centre de gravité dans l'espace.
  • Exemples d'évolutions simples : changement de cap, prise de taux de montée/descente, navigation radioélectrique.
  • Exemples d'évolutions délicates : atterrissage sans visibilité, vol stationnaire, suivi de terrain.
• Stabilisation : Amortissement des mouvements sur les trois axes de l'aéronef.

Avantages du Pilote Automatique

Le P.A. est une aide précieuse au pilotage, car il permet de :

• Faciliter le pilotage humain en synthétisant les informations de vol.
• Améliorer les qualités de vol en supprimant les mouvements indésirables.
• Augmenter la rapidité, la stabilité et la précision du vol.
• Alléger la charge de travail du pilote, lui permettant de se concentrer sur d'autres tâches.
• Libérer le pilote des tâches longues et fastidieuses, notamment lors de vols prolongés.
• Remplacer le pilote pour des tâches qu'il ne peut pas réaliser (ex: contrer des oscillations rapides).
• Diminuer la charge de travail lors des phases de vol délicates (atterrissage, ravitaillement, etc.).

Fonctions de Pilotage et de Guidage du P.A.

Les deux fonctions principales du P.A., pilotage et guidage, sont antagonistes : l'activation de l'une sur un axe entraîne la désactivation de l'autre sur le même axe.

La Loi de Pilotage

La loi de pilotage est la relation mathématique entre un écart d'assiette $\Delta A$ et l'ordre $\beta_c$ nécessaire pour corriger cet écart. L'ordre de pilotage $\beta_c$ est la somme de trois termes :

• Terme direct ($K1 \cdot \Delta A$) : Assure la rapidité du système en amplifiant directement le signal d'écart.
• Terme dérivé ($K2 \cdot \frac{dA}{dt}$) : Issu d'un montage dérivateur ou d'un gyromètre, il assure la stabilité du système en créant un signal en avance de phase qui réduit les oscillations.
• Terme intégré ($K3 \cdot \int A \cdot dt$) : Obtenu par un montage intégrateur, il assure la précision du signal et compense les variations lentes d'assiettes.

Organes de Puissance

Les ordres de pilotage électriques $\beta_c$ sont transformés en ordres de déplacements mécaniques par différents types d'organes de puissance :

• Servocommandes : Principalement sur les avions de chasse (ex: M2000) et les hélicoptères moyens et lourds (ex: Super-Puma). Elles peuvent être regroupées en un bloc hydraulique.
• Servomoteurs : Majoritairement utilisés sur les avions de transport (ex: G-130).
• Vérins : Surtout présents sur les hélicoptères légers.

Les Vérins de Pilotage et de Trim

Il existe deux types de vérins assurant le repositionnement des commandes de vol :

• Le vérin de pilotage :
  • Placé en série dans les Commandes de Vol (C.D.V.).
  • Reçoit les termes direct et dérivé de la loi de pilotage.
  • Est rapide et a une autorité de 10% sur les C.D.V.
  • Fonctionne en boucle fermée et est asservi en position et en vitesse.
• Le vérin de trim :
  • Placé en parallèle dans les C.D.V.
  • Reçoit le terme intégré de la loi de pilotage.
  • Est un vérin lent de puissance avec 100% d'autorité sur les C.D.V.
  • Travaille en boucle ouverte.

Le Trim Automatique

Le décentrage du vérin de pilotage (limitation de son autorité à 10% et retour brutal au neutre du S.R.A. à la déconnexion du P.A.) est corrigé par le trim automatique. Celui-ci permet :

• De recentrer en permanence le vérin de pilotage grâce au vérin de trim (100% d'autorité).
• D'éviter les à-coups à la déconnexion du P.A. en décompressant le Système de Réaction Artificielle (S.R.A.).

Lorsqu'un écart est détecté, le P.A. agit sur le vérin de pilotage. Pour recentrer ce vérin, le P.A. commande le vérin de trim, ce qui augmente le braquage de la gouverne, puis le P.A. recentre le vérin de pilotage, retrouvant ainsi toute son autorité.

Synoptique d'un Pilote Automatique

Un système de Pilote Automatique est composé de plusieurs éléments interagissant :

1. Détecteurs de paramètres (Gyromètres, accéléromètres, centrales aérodynamiques, gyroscopiques, inertielles) : Ils mesurent les assiettes et les mouvements de l'aéronef et transmettent ces informations au calculateur.
2. Calculateurs : Élément central qui élabore les ordres de pilotage ($\beta_c$), amplifie les signaux et gère les sécurités du système.
3. Interface Pilote / P.A. (Poste de Commande P.A. - P.C.P.A.) : Permet au pilote d'activer le P.A., de choisir des fonctions (mode supérieur) et de visualiser son état (vert fixe pour fonction active, ambre fixe pour attente, ambre clignotant pour mise hors service, rouge fixe pour écart excessif, rouge clignotant pour déconnexion).
4. Organes de puissance (servocommandes, servomoteurs, vérins) : Transforment les ordres électriques en actions mécaniques sur les gouvernes.
5. Systèmes de sécurité : Assurent la sécurité des vols par des alarmes, la limitation des ordres de pilotage et la déconnexion automatique du P.A. si nécessaire.

Transitions entre Techniques de Pilotage

La transition d'une technique de pilotage à une autre doit être transparente pour la sécurité de l'aéronef. Des dispositifs de connexion/déconnexion sont situés sur les manches. Le pilote peut reprendre la main à tout moment par un effort sur les commandes, même avec le P.A. en service.

Synthèse

• Les différentes techniques de pilotage sont le Pilotage Manuel, le Pilotage Semi-Automatique (avec Directeur de Vol), et le Pilotage Automatique.
• La fonction Pilotage du P.A. permet de maintenir les assiettes et de modifier les trajectoires sur le court terme (surveillance/stabilisation).
• Les trois termes de la loi de pilotage sont le terme direct (rapidité), le terme dérivé (stabilité) et le terme intégré (précision).
• Le trim automatique recentre en permanence le vérin de pilotage et évite les à-coups à la déconnexion du P.A.
• Le synoptique d'un P.A. inclut des détecteurs, un calculateur, une interface pilote, des ordres de commande, et des sécurités.
• Les états de fonctionnement du P.A. comprennent : P.A. sous tension, P.A. en service déconnecté (P.A.D.), P.A. en service connecté (P.A.C.), et P.A. hors service.