Brevet FR2007356A1 — publié le 19700109

200735e la présente invention est relative à un dispositif de navigation aérienne susceptible d'aider efficacement le pilote dans des conditions de visibilité insuffisante, notamment lors de l'atterrissage. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'affichage 5 "tête haute" fournissant au pilote humain de l'appareil une représentation fidèle du monde extérieur avec superposition rigoureuse à la vue qu'il peut avoir éventuellement directement et dans laquelle apparaît notamment une représentation visuelle de la ligne centrale de la piste. 10 On connaît déjà un instrument de cette sorte. Celui-ci fonction ne correctement dans la mesure où il est en relation avec un appareillage radio-électrique d'atterrissage approprié disposé au sol (I.L.S.) et le pilote humain n'a par conséquent pas la possibilité de contrôler ses atterrissages en utilisant une source indépendante ou d'exer-15 cer son jugement lors des atterrissages avec visibilité réduite. Daas le dispositif de l'art antérieur sn outre le résultat pour être obtenu nécessite la mobilisation d'une quant3.té considérable de moyenss les instruments gyroscopiques de l'avion doivent fournir les signaas suivants: un signal représentant l'attitude en roulis de l'avion? un 20 signal représentant l'attitude en tangage et un signal donnant le cap de l'avion. Un indicateur d'altitude, tel que par exemple un altimètre radio-électrique, fournit un signal correspondant à l'altitude h et la vitesse de l'appareil est mesurée directement à l'aide d'un instrument à tube de pitot prévu pour fournir un signal électrique, 25 Le récepteur de bord du système d'atterrissage doit encore être à même de fournir un signal représentant la hauteur angulaire E de l'avion au-dessus du faisceau radio-électrique qu'il doit suivre lors de l'atterrissage et la déviation angulaire D par rapport au plan vertical défini radie-électriquement et passant par 1J axe de la piste 30 d'atterrissage. Le pilote humain introduit dans l'instrument un sLgnaL représentant l'angle du faisceau radio-électrique de guidage à l'atterrissage, un signal représentant le cap de la piste ainsi qu'un signal correspondant à la composante transversale de la vitesse du vent, information qui lui est transmise ordinairement par le posté 35 radio-électrique opérant au sol. A partir de ces multiples signaux, l'appareil de l'art antérieur est prévu pour engendrer les signaux nécessaires et les appliquer à un tube à faisceau cathodique. En outre l'appareil de l'art antérieur nécessite encore un commutateur à temps partagé qui partage le temps d'accès au tubeàfais-40 ceau cathodique par l'intermédiaire d'un transformateur de coordonnées 69 09254 2 2007356 entre trois jeux de signaux, l'on des modes de réalisation décrits comprenant un commutateur fonctionnant à l'aide d'un moteur prévu pour faire tourner des frotteurs sur quatre groupes de contacts, chacun comportant trois contacts. 5 On se rend compte à la lecture de cette description succincte qué l'appareil correspondant est lourd., encombrant, d'une manipulation difficile pour un pilote occupé par ailleurs, et sujet aux pannes. La présente invention permet d'éditer ces inconvénients. l'invention est relative à ua dispositif d'affichage "têtehaute8 10 dans lequel on fait apparaître dans 1© champ de vision du pilote différents éléments lui permettant de. localiser avec précision la piste sur laquelle il se prépare à atterrir9 tels que: une ligne d'horiaoei un point de marquage correspondant à ua point de la ligne centrale longitudinale de la piste d'atterrissage j un second point de marquais ge correspondant à une station d'émission située sur le prolongement de cette dernière ligne, et une traea lumineuse correspondant à la ligne centrale longitudinale ûo la pists d'atterrissag® telle qu'elle peut être vue du poste de pilotage$ remarquable en ce qu'il comporte notamment on calculateur permettant de faire tourner automatiqueiaent 20 cette dernière trace lumineuse autour d'un point d'évanescence en synchronisme avec les déplacements de l'appareil qui se dispose à atterrir. Avantageusement ce calculateur fonctionne uniquement à partir des signaux d'altitude, de vitesse et de cap mesurés à bord, IL résout 25 une équation de la forme tg|f = & dans laquelle: y est l'angle compris entre la ligne centrale affichée et la ligne centrale longitudinale réelle de la piste d'atterrissage; X est la distance de l'engin au point d'intersection avec la ligne centrale longitudinale réelle, cette distance étant comptée suivant la ligne 33 de vol actuelle de l'engin qui fait un angle L'appareil de la présente invention est prévu en particulier pour fonctionner en combinaison avec le dispositif de surveillance décrit dans le brevet français n° 1.319.463 de la Demanderesse, de-35 mandé le 23 janvier 1962 pour "Procédé et dispositif de surveillance du bord d'un véhicule, de l'approche d'une cible ou d'un obstacle" et/ou en combinaison avec un des dispositifs optiques décrits dans le brevet français n° 1.367.098 de la Demanderesse, demandé le 25 juillet 1963 pour "Procédé et dispositif optique d'atterrissage en 40 visibilité restreinte". 69 0925/ 3 2007356 D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet on se ; reportera aux dessins joints dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique de la situation 5 sur le plan horizontal pour un avion approchant d'une piste d'atterrissage ; - la figure 2 est une représentation schématique de la situation dans le plan vertical pour un avion approchant d'une piste d'atterrissage ; 10 - la figure 3 est une représentation schématique de ce que voit le pilote d'un avion équipé de l'appareillage de l'invention, et - la figure 4 est un schéma-bloc donnant le détail du calculateur suivant l'invention. Suivant la représentation de la figure 1, un avion 2 se trouve 15 en A et sa ligne de vol présente coupe le prolongement de la ligne centrale de la piste d'atterrissage en B. On désigne par Z la distance AB. On désigne par R la distance du point B à un point donné D de la ligne centrale de la piste mais qui n'est pas nécessairement confondu avec le seuil de cette dernière. Une station au sol, émettant 20 des signaux, est située au point £ sur le prolongement de la ligne centrale de la piste d'atterrissage. la distance AB' sur la perpendiculaire abaissée du point A sur le prolongement de la ligne centrale est égale à Xsinc*, dans laquelle o . / _ AB1 Xsingl TgA ~ DB + BB' = fi + Xcosc* four de petits angles,X en degrés peut être exprimé de3a façon suivante: ~ / o X sinol v A (R + XcoscO. 0,0175 Suivant la représentation de la figure 2, l'avion est à une altitude h au-dessus du terrain d'atterrissage et il suit une trajectoire qui fait un angle $ avec le sol. L'avion est à une distance du point D mesurée au sol approximativement égale à R + Xcosc^. Cnadooe: 35 = R + Xcos Pour de petits angles,^ en degrés peut être exprimé comme suit: = (R + X cosot) .0,0175 69 0925^ 4 2007356 On comprendra ga'ua dispositif d'affichage "tête haute" utilisé avec l'appareillage de la présente invention fonctionne en coopération avec un dispositif d'atterrissage sans visibilité du type décrit dans le brevet français n° 1.319.463 et/ou dans le brevet français •5 s® 1.367.098 déjà mentionnés. Dans un tel système les signaux sont reçus de balises radio-électriques émettrices placées de part et d'aut-tre de la piste à1atterrissage. Ses signaux sont exploités pour apparaître aur l'affichage "tête haute" disposé directement dans le •'sâamp de vision du pilote. Se que ce dernier voit est une représente tation exacte en perspective de ce qui se déroule au sol. Si l'un des symboles représentés est par exemple une ligne horizontale représentant l'horizon, cette ligne doit se superposer exactement à l'horjzcn. Si le symbole est une marque indiquant un angle spécifique en azimufch, le point de marquage doit aussi être correctement placé en azimuth. 15 Par conséquent il est représenté dans un affichage "tête haute" tel que représenté à la figure 3 une ligne d'horizon H-H et un point de marquage If correspondant à un point sur la ligne centrale longitudinale de la piste d'atterrissage qui sont obtenus en réponse aux signaux émis à partir de la station au sol située au point E à la fi-2D gure 1« Il est représenté en outre un point de marquage M qui correspond au point B illustré aux figures 1 et 2. Puisque le cap de la piste est connu et que 1© point M de cette dernière est connu, on peut procéder à 1*affichage d'una ligne lumineuse YKS sur laquelle ï»peint 7 correspond à un point &'évanescence à l'horizon et la ligne VMN 2g correspond à la ligne centrale longitudinale de la piste d'atterrissage. Ii1 affichage est tel que la distance le long de la ligne d'horizon H-H entre le point d'évaneseence Y et la ligne centrale 1-L du . sfeaap de vision du dispositif d'affichage correspond à l'angle çk et la distance horizontale du point V au point M correspond à l'angle/. 30 l'angle de tangage est affiché perpendiculairement à la ligne d'horizon H-H et est égal à la distance verticale du point V au point M. X-'angle est défini comme l'angle compris entre la ligne VMN et 1* horizon et l'angle l' est défini comme étant l'angle compris entre 1* ligne ¥ÎM et une verticale. 3? On remarquera que les quantités o(, X, sont toutes des angles sous-tendus à partir de la position du pilote tandis que dans une projection imaginaire sur deux plans verticaux et perpendiculaires entre eux comme il est nécessaire pour définir les angles en perspective B et y, ces quantités peuvent être considérées comme des 40 distances. \ 69 09254 5 2007356 En considérant les relations trigosométriqueg préalablement dérivées des figures t et 2 et en substituant de manière appropriée, aa peut déduire de la figure 5 une expression pour X*angle Y comme suit; - | = *** 5 soitt tg f = (5> Suivant le mode de réalisation de la figure 4 qui n'est autre qae la réalisation drun calculateur permettant de résoudre cette des?» aière équation, eux altimètre 6 fournit un signal h correspondant à 10 l'altitude de l'avion, qui est appliqué à un additionneur 8 dans lequel le signal h est ajouté algébriquement à on signal provenant d'un potentiomètre à réaction tO excité par une source de courant continu appropriée telle qa'une batterie 11 et couplé par un moyen mécanique approprié à l'arbre de sortie d'un serve 12. Le aervo 12 est entraîné 15 par le signal de sortie de 1*additionneur S. le signal en provenance du potentiomètre 10 est appliqué également à un additionneur 1 % Un indicateur de vitesse 14 fournit un signal correspondant à la vitesse de l'avion, Ce signal de vitesse est intégré dans on intégré' teur 16. La condition initiale de ce dernier est déterminée au moyes. 20 de la combinaison d'un potentiomètre Î6A réglé manuellement et d'une batterie 16B. Le pilote règle le potentiomètre t6A de façon que la ligne centrale affichée passe par le point X représenté à la figure 3 de façon à coïncider avec 2a ligne centrale longitudinale réelle de la piste d atterrissage» lie potentiomètre tbJL fournit alors on si-2^ gnftT l'intégration commence lors de la fermeture d'un coamuta-teur 16C. ^intégrateur 16 fournit un signal jXdX + = X + le signal sortant de 1* intégrateur est appliqué à un additionneur 18 et additionné par ce dernier avec un signal ®x+Ar CD provenance dfe potentiomètre 20 excité par une source appropriée de courant cantine 50 telle qu'une batterie21 et couplé par un moyen mécanique approprié à l*"arbre de sortie d'un servo 22» Se serve 22 est entraîné par le signal de sortie dé l'additionneur 18. le signal ^x+Ax sa proven&uee du. potentiomètre 20 est appliqué simultanément à ^additionneur 13 et additionné par ce dernier avec le signai. ^ pour fournir le signal 35 Eh + ^t4-at^. le signai % en provenance du potentiomètre 10 et le signal % ^CBx+Ax> en provenance de l'additionneur t3 sont appliqués à un diviseur 24 qui les divise et fournit le signal T 7 69 09254 6 2007356 lia détecteur de cap 26 fournit un signal correspondant aa cap de 1*avion et an sélecteur de course 28 fournit un signalcorrespondant au cap de la piste àratterrissage choisie par le pilote. Les signaux \pa et ^ sont appliquée à an additionneur 30 qui fournit un 5 signal d'erreur en cap d qui est 1* angle compris entre le cap présent de 11avion et celui de la piste ci:atterrissage suivant la représentation de la figure t * le signal et est appliqué à un additionneur 32 dans lequel il est additionné à un signal en prowiasnee d'tm potentiomètre à réaction 34 ezsité par une source appropriée de eent-10 rant contins représentée par use batterie 35 et couplé par un moyen mécanique approprié & l'arbre de sortie d'un servo 36. Le servo 36 est entraîné par le signal en provenance de 1* additionneur 32. Le signal en provenance du, potentiomètre 34 est appliqué également à un additionneur 38 dans lequel il est additionné avec un si— 15 gnal Btg^engendré d'une Minière que l!on expliquera ci-après. L5additionneur 38 fournit un signal 2L^ •§■ Itgy qui est appliqué à on ûïrL* seur 46. Le signal est également appliqué au diviseur 46 qui fournit on signal Le signal en provenance du diviseur 46 est appliqué à an addi-20 tionneur 62 et additionné algébriquement dans ce dernier avec le signal -|j— ea provenance du diviseur 24. Le signal fourni & X-h&Z par l*adâitloaneur 62 correspecâ h t&Jf cherché eojà&e on le voit par ce qai suit: B* Ife ... —— a ^ . B« skgf - ^ + Sx+dI 2g soit s ii±hd ®h + ®i+ûx % ^ Etgy Bx+ax % = sh ou, suivant les termes de l'équation (5)î tgy ¥ 30 Par conséquent si le signal en provenance de l'additionneur 62 est nul, l'angle |f est nul, se qui indique que la ligue centrale TMf qui est affichée eoiaeid® avec la ligne centrale réelle de la piste «f at— terrissage» lî'sTion possède exacteatent le cap qui convient pour ses atterrissage Si 2m XI|pa affiché® ®fc la ligne centrale "ô© la- f 1«S» . m d8attegrlssag© a© coïncident pasr l'additionneur €2 fournit me 69.09254 7 2007356 tension qui est appliquée à un additionneur 64 où elle est additionnée avec un signal en provenance d'un potentiomètre à réaction 66 excité par une source de courant continu appropriée représentée sous la.forme d-'une "batterie 68 et couplé par un moyen mécanique approprié 5.. à l'arbre .de sortie d'un servo 67. le potentiomètre 66 fournit un . signal EtgY qui est appliqué à un additionneur 38 comme on l'a déjà dit. Le servo 67 est entraîné par le signal de sortie de l'additionneur 64.» Ji'arbre de sortie du servo 67 est couplé par un moyen mécanique 10 approprié au dispositif d'affichage "tête haute" représenté à la figure 3 et-il fait tourner la ligne centrale YMN autour du point d'é-vanescence V en fonction des mouvements de l'avion. On notera que la .ligne lumineuse affichée VMN correspondant à la ligne centrale de la .... piste d'atterrissage tourne constamment autour du point V en fonction 15 de la modification de position de l'avion, le pilote règle manuellement les choses sur son dispositif d'affichage de façon que la ligne lumineuse passe par le point de marquage M ou alternativement il peut superviser un dispositif de commande automatique de vol. Pour utiliser le calculateur de l'invention, le pilote humain 20 règle d'abord le sélecteur de course 28 à la valeur du cap de la piste choisi pour l'atterrissage. Il règle le dispositif d'affichage "tète haute" de la figure 3 en réglant manuellement le potentiomètre 16A à la Valeur X appropriée, ce qui a pour effet de faire tourner la ligne lumineuse VMN d'affichage de la ligne centrale de la piste 25 d'atterrissage autour du point d'évanescence V jusqu'à ce que cette ligne lumineuse passe par le point de marquage N. Puis il met en fonctionnement le dispositif automatique de la figure 4 en fermantes commutateur 16c; l'intégrateur 16 fonctionne et le calculateur est à même de faire tourner automatiquement la ligne lumineuse centrale af-30 fichée autour du point V en fonction de la vitesse, de l'altitude et de l'erreur de cap. le pilote s'assure que le dispositif fonctionne correctement en observant que la ligne centrale passe toujours parle point de marquage ET. Si un écart est constaté, le système peut être remis en marche de façon appropriée en ajustant à nouveau le poten-35 tiomètre 16A et en démarrant à nouveau l'intégrateur 16. Bien : entendu l'invention n'est nullement limitée par le mode de réalisation représenté et décrit qui ne l'a été qu'à titre d'exemple. •Il appartiendrait au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente in-40 vention. 69 09254 8 2007356 Revendications t) Dispositif d'affichage "tête haute" dans lequel on fait apparaître dans le champ de vision du pilote différents éléments lui permettant de localiser avec précision la piste sur laquelle il se 5 prépare à atterrir, tels que: une ligne d'horizon; un point de marquage correspondant à un point de la ligne centrale longitudinale de la piste d * atterrissage; un second point de marquage correspondant à une station d'émission située sur le prolongement de cette dernière ligne et une trace lumineuse correspondant à là ligne centrale lon-10 gitudinale de la piste d1atterrissage telle qu'elle peut être vue du poste de pilotage, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur fonctionnant uniquement à partir des signaux d'altitude, de vitesse et de cap de l'engin, et en ce que la sortie du.calculateur est connectée au dispositif d'affichage de façon à faire tourner automa-15 tiquement la dernière trace lumineuse autour d'un point dPévanescence. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le oalcolateur résout l'équation tgY = ~î dans laquelle: Y *st l'angle compris entre la ligne centrale affichée et la ligne centrale longitudinale réelle de la piste d'atterrissage; Z est la distance de 23 l'engin au point-d'intersection avec la ligne centrale longitudinale réelle, distance évaluée suivant la ligne de vol actuelle de l'engin qui fait un angle 3) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 25 le calculateur comprend on intégrateur relié à un indicateur de vitesse et un premier additionneur relié à un altimètre et audit intégrateur. 4) Dispositif suivant les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le calculateur comprend un premier diviseur relié d'une part au 30 premier add itionneur, d'autre part à l'altimètre. 5) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le calculateur comprend un second additionneur relié à un détecteur de cap et à un -sélecteur de course pour engendrer un signal & erreur de cap. 35 6) Dispositif suivant les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le calculateur comprend une "boucle reliant la sortie du premier diviseur à la sortie du second additionneur et cette "boucle comprend successivement un troisième, un quatrième et un cinquième additionneurs. 40 7) Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que 69 09254 9 2007356 le calculateur comprend an second diviseur relié aux sorties du cinquième et du second additionneurs et la sortie du second diviseur est reliée en tant qu'entrée au troisième additionneur. 8) Dispositif suivant les revendications 1 et 6, caractérisé en 5 ce que dans le calculateur l'arbre de sortie d'un servo entraîné par le signal sortant du quatrième additionneur est couplé par un moyen mécanisa® approprié au dispositif d'affichage et a pour effet de faire tourner la trace lumineuse autour du point d'évanescence. . 9) Dispositif suivant les revendications 6 et 8, caractérisé en 10 ce que dans le calculateur un potentiomètre à réaction est relié d'une part à l'arbre de sortie du servo et d'autre part en parallèle aux cinquième et quatrième additionneurs. 10) Dispositif suivant les revendications 1 et 3» caractérisé en ce que le calculateur comprend la combinaison d'un potentiomètre à 15 réglage manuel et d'une batterie d'alimentation, la prise mobile du potentiomètre étant reliée à l'intégrateur pour régler le niveau du signal de référence de ce dernier et restaurer l'intégrateur. 11 ) Dispositif suivant les revendications 3 et 5» caractérisé en .. ce que le calculateur comprend dans chacune des voies alimentées ies-20 pectivement par l'altimètre, l'indicateur de vitesse et l'indicateur d'erreur de cap, un servo couplé par son arbre de sortie à un potentiomètre à réaction excité par une source appropriée de courant continu, la prise mobile de ce potentiomètre étant connectée en pa-. ràllèle d'une part au premier élément en aval dans la voie considé-25 rée, d'autre part à une entrée d'un additionneur connecté par sa seconde entrée soit à l'altimètre soit à l'indicateur de vitesse soit , au générateur de signal d'erreur de cap suivant la voie, considérée, et la sortie de cet additionneur étant reliée au servo correspondant. 12) Dispositif suivant l'une des revendications précédentes, ca-30 ractérisé en ce que avant la mise en service da calculateur automatique le pilote humain procède aux opérations suivantes: il fait apparaître les différentes lignes lumineuses et les points de repère nécessaires dans son champ de vision; il règle un sélecteur de course suivant le cap de la ligne centrale de la piste d'atterrissage; il 35 fait pivoter la ligne lumineuse qui coupe la ligne d'horizon en un point d'évanescence jusqu'à ce que cette ligne passe par les points de marquage. 13) Dispositif suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur est utilisé en combinaison avec un 40 dispositif optique suivant le brevet français n° 1.367.098 et/ou un dispositif de surveillance suivant le brevet français n° 1.319.463.