Brevet FR2003180A1 — publié le 19691107

■3S788 2003180 La présente invention concerne un simulateur de vol d®aéronef, fixé au sol, permettant de simuler les mouvements d'une cabine de vol d'un avion en réponse à la mise en action des commandes de vol. On connaît des appareils d'entraînement en vol dans lesquels une 5 maquette de cabine de vol est soumise à un mouvement angulaire autour de ses axes de tangage et de roulis afin de simuler les mouvements correspondants d'un avion en état de vol réel. Un tel appareil est décrit au brevet Britannique N° 749.048. Cependant, contrairement aux avions en vol réel, une maquette de 10 cabine de vol ne peut effectuer que des déplacements et mouvements angulaires limités. Ainsi, on a déjà proposé des moyens pour ramener lentement la maquette de cabine de vol à une position de référence, après le déplacement résultant du vol simulé, de manière qu'un tel retour soit imperceptible aux occupants de la cabine. 15 Dans les avions modernes, l'équipage est sujet à d'intenses troubles physiques lorsque des changements rapides d'altitude ou de direction sont effectués à des vitesses élevées. De tels changements peuvent résulter de manoeuvres effectuées par le pilote ou par le pilote automatique, ou peuvent être causés par des turbulences atmosphériques. En conséquence, une grande 20 expérience pratique est requise pour commander avec succès un grand nombre de dispositifs automatiques ou semi-automatiques installés dans un tel avion. Il peut être difficile ou dangereux de vouloir déterminer si l'équipage est capable de manoeuvrer de tels dispositifs d'une façon satisfaisante dans des conditions de vol réel. L'entraînement d'un équipage dans un appareil simula-25 teur de vol offre donc une alternative préférable pour l'entraînement aux opérations de vols réels. Un des objets de la présente invention consiste à fournir un appareil fixé au sol et dans lequel une maquette de cabine d'avion est commandée pour se déplacer le long et autour de plusieurs axes, de sorte que les effets 30 physiques ressentis par l'équipage d'un avion de grande vitesse soient reproduits d'une façon plus réelle que jusqu'à présent. A cette fin, la présente invention concerne un simulateur de vol fixé au sol, équipé d'une maquette de cabine de commande d'avion montée de façon à exécuter des mouvements simulés, y compris les mouvements simulés 35 autour des axes longitudinal, transversal et vertical de ladite cabine, et comprenant un ensemble d'organes d'entraînement extensibles et rétractables et susceptibles d'être commandés pour produire ledit mouvement simulé ; un premier et un second de ces organes de commande étant fixés séparément à la maquette de cabine de vol en des points situés de part et d'autre de l'axe longitudinal de 40 ladite cabine et étant susceptibles d'être actionnés de manière à imprimer aux 69 nSI "î 4 j o 80 dits points de fixation un mouvement ascendant et descendant ? un troisième do ces organes d'entraînement étant fixé à la maquette de cabine, de vol en un poin situé du côté opposé aux deux premiers"organes d'entraînement par rapport à l'axe transversal et susceptible d'être actionné de manière à imprimer à son 5 point de fixation un mouvement ascendant et descendant 5 un quatrième organe d'entraînement étant fixé à la maquette de cabine de vol en un point décalé latéralement de l'axe longitudinal de ladite cabine et susceptible d'être actionné de manière à imprimer au point de fixation un mouvement latéral vers l'avant et l'arrière parallèlement audit axe longitudinal ; et un cinquième 10 organe d'entraînement étant fixé à la maquette de cabine de vol et susceptible d'être actionné de manière à imprimer à son point de fixation un mouvement latéral dans une direction transversale à l'axe longitudinal de la maquette de cabine de vol. Si on le désire, chacun des premier, second et troisième organes 15 d'entraînement peuvent être doublés par un organe d'entraînement extensible correspondant et servant soit de support, soit de moyen de suspension, de façon que leur ensemble constitue pour la maquette de cabine de vol à la fois un moyen de suspension à sa partie supérieure et tm support à sa partie inférieure De façon analogue, les deux organes d'entraînement, fixés à 1'avant ou à 20 l'arrière de la cabine,' peuvent être doublés par des organes d'entraînement extensibles correspondants et fixés de même respectivement à la maquette de cabine de vol en un point arrière ou avant. De même, l'organe d'entraînement unique fixé aussi sur un côté de la maquette de cabine de vol peut être doublé par un organe d'entraînement extensible correspondant qui est fixé également 25 en un point situé du côté opposé de la maquette de cabine de vol. Cependant, la maquette de cabine de vol est de préférence suspendue seulement par le haut au moyen de trois organes d'entraînement. De préférence, les points de fixation des trois organes d'entraînement et de suspension déterminent un triangle isocèle qui peut être par exemple 30 un triangle équilatéral. De préférence, les deux organes d'entraînement fixés sur deux côtés opposés de la maquette de cabine de vol sont disposés parallèlement l'un à l'autre et parallèlement à l'axe longitudinal de la maquette de cabine de vol lorsque cette dernière se trouve en position de repos. De préférence, l'organe de commande destiné à imprimer à la cabine un mouvement 35 latéral est disposé horizontalement et fait un angle droit avec l'axe longitudinal de la cabine lorsque cette dernière occupe sa position de repos. On comprendra facilement qu'une disposition conforme à la présente invention est capable d'imprimer à la maquette de cabine de vol des mouvements autour de six axes facilitant ainsi les mouvements simulés suivant tous les 40 six degrés de liberté d'un avion réel. 69 05788 3 2003180 L'invention sera encore mieux comprise à l'aide de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation donné seulement à titre d'exemple, faite en référence au dessin annexé, sur lequel : La figure 1 est une vue latérale et en perspective de la suspension 5 d'une maquette de cabine de vol d'un simulateur de vol fixé au sol, selon l'invention ; la figure 2 est un schéma montrant la disposition des organes de suspension et d'entraînement du déplacement du simulateur de vol selon la figure 1 ; et 10 la figure 3 est tin schéma des circuits de commande d'un organe d'entraînement. Dans l'appareil représenté figure 1, une plate-forme ou base 7 sensiblement triangulaire porte une maquette de cabine de vol 8 munie d'une entrée 10 pour le personnel à entraîner. 15 La plate-forme 7 est suspendue par trois organes d* entraînement extensibles 4, 5 et 6 qui, dans cet exemple de réalisation, sont constitués par des vérins hydrauliques extensibles en longueur entre environ 3,60 m et 6m. Les trois vérins 4, 5 et 6 sont reliés à la base 7 au moyen de joints de Cardan 11A, près des sommets de ladite base 7, ces sommets étant arrondis ou 20 découpés de toute autre façon, par exemple telle que représentée sur la figure 1. Les trois vérins 4, 5 et 6 sont disposés sensiblement verticalement et suspendus par une charpente de suspension 9 par l'intermédiaire de joints à Cardan. 11B. La charpente de suspension 9 est une construction ajourée à 25 poutrelles et comprend essentiellement Tin portique surélevé 9A de forme triangulaire dont les sommets sont chanfreinés, et soutenu à chacun de ces sommets chanfreinés par un support 9B comportant deux montants et un socle horizontal. Deux vérins hydrauliques à double effet 1 et 2 sont fixés par des joints à Cardan 11B au support 9B, chaque vérin étant fixé à un montant du 30 support. Les autres extrémités des vérins 1 et 2 sont fixées à la base 7 au moyen des joints à Cardan 11A. Les deux vérins 1 et 2 sont disposés en position sensiblement horizontale lorsque les vérins 4, 5 et 6 sont à mi-course, comme représenté figure 1. Les deux vérins 1 et 2 sont montés parallèlement l'un à l'autre et leurs points d'attache 11A sur la plate-forme 7 définissent une 35 droite parallèle à celle déterminée par les points d'attache des vérins 5 et 6 et située à mi-chemin entre le point d'attache du vérin 4 et lesdits points d'attache des vérins 5 et 6. Un seul vérin latéral 3 est aussi placé en position sensiblement horizontale, comme représentée figure 1, et est relié à la plate-forme 7 au 40 moyen d'un joint à Cardan 11A et à un prolongement latéral 12 solidaire du 69 05788 4 2003180 montant 9B, au moyen d'un joint à Cardan 11B. L'axe du vérin 3 passe sensible-, ment par le centre de gravité de la plate-forme 7, se trouve dans un plan auquel les axes des vérins 4, 5 et 6 sont perpendiculaires et est perpendiculaire aux axes des vérins 1 et 2. 5 L'axe central de la maquette de cabine de vol 8 passe par le point d'attache du vérin 4 et coupe la droite joignant les points d'attache des vérins 5 et 6, Ainsi, le vérin 4 constitue le vérin de suspension arrière et les vérins 5 et 6 constituent respectivement le vérin de suspension avant de gauche et le vérin de suspension avant de droite, par rapport à la cabine de 10 vol 8. Le mode de fonctionnement de l'ensemble peut être compris en se référant à la figure 1 ou au schéma simplifié de la figure 2 et est le suivant î L'extension ou le retrait simultané de tous les vérins 4, 5 et 6 provoque respectivement un entraînement descendant ou aseendant. Un entraîne-15 ment différent du vérin 4 par rapport aux déplacements égaux des vérins 5 et 6 produit le tangage. Une action différentielle des vérins 5 et 6 sans déplacement du vérin 4 produit un mouvement de roulis. Une extention ou contraction simultanée des vérins 1 et 2 à double effet conduit respectivement à une accélération ou une décélération brusque. 20 Une action différente des vérins 1 et 2 conduit à un mouvement giratoire. L'extension ou la contraction du vérin 3 occasionne respectivement une inclinaison vers la gauche ou vers la droite. Il faut encore remarquer que l'appareil reste utilisable sans utiliser l'ensemble des six vérins 1 à 6 ci-dessus décrits. Ainsi, pour des 25 raisons de simplicité et d'économie, ou lorsqu'un vérin ou ses circuits de commande associés sont endommagés ou fonctionnent mal, n'importe quel vérin ou un ensemble de vérins peuvent être remplacés par des entretoises rigides. Ainsi, lorsque le vérin latéral 3 est remplacé par une entretoise rigide, il subsiste un système à cinq axes de mouvement, sans possibilité de 30 déplacement latéral. Si les vérins à double effet 1 et 2 sont remplacés par des entretoises rigides, il subsiste un système à quatre axes de mouvement sans possibilités d'accélération, de décélération ou de mouvement giratoire. Le remplacement des vérins à double effet 1 et 2 ainsi que le vérin latéral 3 conduit à un système à trois axes de mouvement n'exécutant que les mouvements 35 de montée, de chute, de tangage et de roulis. Le système de servo-commande représenté figure 3 sert à commander un vérin 1 dont le cylindre 21 est fixé à un organe de montage 22 et dont le piston 23 est relié à une charge déplaçable 25 par l'intermédiaire d'une tige 24. 40 Un signal de commande d'entrée désigné par Wil est appliqué aux 69 0S788 5 2003180 bornes d'entrée 26 et 27. La borne 26 est connectée à une résistance en série 28 destinée à calibrer ledit signal de commande d'entrée. La résistance 28 constitue une des quatre résistances d'entrée 28, 29, 30 et 31, toutes connectées en série avec la borne d'entrée 33 d'un servo-amplificateur 35. La borne 5 d'entrée 27 est connectée à l'autre borne d'entrée 34 du servo-amplificateur 35. Le déplacement vers l'extérieur de la charge 25 à l'aide du vérin 1 produit un mouvement correspondant du curseur 36 du potentiomètre de réponse 37 dont les bornes 38 et 39 sont connectées respectivement aux p3les positif et 10 négatif d'une source de courant continu. Le curseur 36 est connecté par l'intermédiaire du conducteur 40 et de la résistance en série 29 à la borne d'entrée 33 du servo-amplificateur 35. La résistance 29 sert à calibrer le signal de réaction provenant du potentiomètre de réponse 37 « La résistance en série 30 sert à amortir la résonance de charge et 15 la résistance en série 31 commande le signal de réaction de la manière décrite ci-après. Le signal de sommation obtenu par les résistances 28 à 31 est appliqué à l'entrée du servo-amplificateur 35. Le signal de sortie de l'amplificateur 35 apparaît aux bornes 41 et 42 et est transmis par la résistance en série 20 43 à l'enroulement de commande 44 dJune électro-valve d'un circuit hydraulique. La résistance 43 fournit un courant de réaction pour augmenter l'impédance de sortie du servo-amplificateur 35. Le point de connection de la résistance 43 et de l'enroulement 44 est connecté à l'entrée du servo-amplificateur 35 par l'intermédiaire de la résistance 31 réglant le signal du courant de réaction. 25 La borne de sortie 41 du servo-amplificateur 35 est connectée à la borne d'entrée 33 au moyen de la résistance 32 montée dans un circuit de réaction déterminant le gain de l'amplificateur. L'enroulement 44 commande 1*électro-valve 45 présentant un orifice d'admission 46 et un orifice d'échappement 47. La valve 45 envoie un fluide 30 hydraulique sous pression dans les deux chambres du cylindre 21 situées de part et d'autre du piston 23 par les conduits 48, 49. Les transducteurs de pression 30 et 51 sont connectés respectivement aux conduits de fluide hydraulique 48 et 49. Les signaux de sortie des transducteurs de pression 50 et 51 sont envoyés respectivement par les résistances 35 de sommation 52 et 53 à l'entrée d'un amplificateur 54. Le signal de sortie de l'amplificateur 54 est transmis à l'entrée 33 du servo-amplificateur 35 au moyen d'un filtre passe-haut 55 et de la résistance série 30, laquelle sert à amortir les effets de résonance de la charge 25 ainsi qu'il a été.déjà mentionné. 40 Un système de servo-commande analogue à celui décrit en référence à 69 05788 6 2003180 la figure 3 est prévu pour- chacun des v&vins 1 à 6 de l'appareil simulateur- de vol de la figure 1. Une analyse mathématique des signaux d'entrée appliqués aux systèmes de servo-commande des vérins 1 à 6 n'est pas nécessaire pour une bonne com-5 préhension des opérations mécaniques de l'appareil selon la figure 1. Cependant afin que le fonctionnement du système puisse être parfaitement compris, une telle analyse est donnée ci-après en combinaison avec un calculateur de vol simulé. Les signaux d'entrée appliqués aux systèmes de servo-commande de la 10 figure 3, associés aux vérins hydrauliques 1 à 6 de la figure 1, peuvent être définis par les équations suivantes : Vérin Equation 1. ' Wil = K 1 x - K 8 - K 4 c 2. Wi2 = K 1 x - K 8 + K4c 15 3. Wi3 = - K 2 y 4. Wi4 = K 3 z + K g a + K ^ A 5. ¥i5 = K 3 z - - %12k - K6b 6. Wi6 = K 3 z - Kga-KgA + K6b Les quantités Wil à Wi6 sont déterminées par un calculateur de vol 20 dynamique d'un simulateur de vol associé et sont limitées à des valeurs telles que les déplacements maximals admissibles des vérins ne soient pas dépassés. Dans les équations Wil à Wi6 s Kl à K7 sont des constantes fonction de la géométrie de la plate-forme représentative du mouvement et des constantes de temps de la réponse de 25 ladite plate-forme. K8 est une constante tenant compte de la dérive due à la vitesse de l'air« x est la vitesse longitudinale calculée du pilote. y est la vitesse transversale calculée du pilote. z est la vitesse verticale calculée du pilote. 30 a est le degré de tangage calculé de l'avion simulé. b est le degré de roulis calculé de l'avion simulé. c est le_ degré de dérive calculé de 1*avion simulé ; et A est l'angle de tangage calculé de l'avion simulé. Toutes ces sept dernières valeurs sont des variables calculées et 35 tiennent compte des effets du vent et des turbulences. Les quantités d'entrée Wil à Wi6 nécessitent une réponse du servo- vérin qui est donnée par la transformation de Laplace : 1 cL Wi 1 + ST où Y = fonction de transfert Y 40 Wo = la réponse du servo-vérin au signal d'entrée Wi 69 05788 7 2003180 Wi = le signal d'entrée du servo-vérin S = opérateur de Laplace T = constante de temps Lorsque la fonction de transfert contient dans le dénominateur des 5 termes de S d'ordres supérieurs, alors des dérivées d'ordressupérieurs des variables calculées doivent être introduites pour affecter les servo-amplifi-cateurs. Cependant, les quantités d'entrée Wil à Wi6 sont suffisantes pour la plupart des cas pratiques. Les effets des signaux d'entrée ajoutés sur chaque axe sont par 10 conséquent les suivants i Poussée verticale - Déplacement semblable à l'avion simulé sans l'effet de la vitesse verticale permanente accomplie. Dérive - Déplacement semblable à l'avion simulé sans l'effet de la vitesse permanente latérale. 15 Accélération - Déplacement semblable à l'avion simulé sans l'effet de la vitesse permanente d'avancement. Tangage - Déplacement pour obtenir le même angle de tangage que l'avion simulé. Roulis - Déplacement semblable à l'avion simulé sans l'effet du 20 degré de roulis permanent. Giration - Déplacement semblable à l'avion simulé sans l'effet du degré de dérive permanent. Selon une variante de l'invention, la maquette de cabine de vol 8 peut encore être seulement suspendue au moyen de trois vérins , mais cette 25 variante diffère du mode de réalisation décrit en se référant aux figures 1 et 2 du fâit que le vérin de déplacement latéral 3 est doublé par un deuxième vérin analogue prévu du côté opposé de la plate-forme 7, les deux vérins attaquant le même point du corps de la plate-forme, et que la paire de vérins 1 et 2 est remplacée par un seul vérin produisant un mouvement giratoire. 69 05788 8 2003180 BEVEHDICATIONS 1°) Simulateur de vol d'aéronef fixé au sol et comprenant une maquette de cabine de vol ou de commande, montée de façon à exécuter des mouvements simulés, y compris les mouvements autour de ses axes longitudinal, 5 transversal et vertical, et comprenant un ensemble d'organes drentraînement extensibles et rétractables et susceptibles d'être actionnés pour produire ledit mouvement simulé, un premier et un second organes desdits organes d'entraînement étant fixés à la maquette de cabine de vol en des points séparés situés de part et d'autre de l'axe longitudinal de la cabine et sus-10 ceptibles d'être actionnés de manière à imprimer auxdits points d'attache un mouvement ascendant et descendant, un troisième organe desdits organes d'entraînement étant fixé à la maquette de cabine de vol en un point situé de l'autre côté de l'axe transversal par rapport auxdits premier et second organes d'entraînement et étant susceptible d'être actionné de manière à imprimer à son 15 point d'attache un mouvement ascendant et descendant, un quatrième organe desdits organes d'entraînement étant relié à la maquette de cabine de vol en un point décalé latéralement de l'axe longitudinal de ladite cabine et susceptible d'être actionné de manière à imprimer au point d'attache un mouvement latéral en avant ou en arrière parallèlement audit axe longitudinal, et un 20 cinquième organe desdits organes d'entraînement étant fixé à la maquette de cabine de vol et étant susceptible d'être actionné de manière à imprimer à son point d'attache un mouvement latéral dans une direction transversale à l'axe longitudinal de la maquette de cabine de vol. 2°) Simulateur de vol d'aéronef selon la revendication 1, caractéri-25 sé en ce que les premier, second et troisième organes desdits organes d'entraînement s'étendent vers le haut à partir de points fixes jusqu'à leur point d'attache sur la maquette de cabine de vol et supportent et déplacent ladite cabine par en dessous. 3°) Simulateur de vol d'aéronef fixé au sol selon la revendication 30 1, comprenant un portique de suspension sur lequel sont prévus des points d'attache fixes à partir desquels lesdits premier, second et troisième organes d'entraînement s'étendent vers le bas jusqu'à leurs points d'attache sur la maquette de cabine de vol pour supporter et déplacer ladite cabine pair en dessus. 35 4°) Simulateur de vol d'aéronef, fixé au sol, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un portique de suspension ainsi qu'une première, deuxième et troisième paire d'organes d'entraînement, l'un des organes de commande de chaque paire s'étendant vers le haut à partir de points fixes jusqu'à leurs points d'attache sur la maquette de cabine de vol, tandis 40 que l'autre organe d'entraînement s'étend vers le bas à partir de points fixes 69 05788 2003180 sur le portique jusqu'au point d'attache sur la maquette de cabine de vol. 5°) Simulateur de vol d'aéronef fixé au sol selon la revendication 1, comprenant une paire d'organes d'entraînement dont l'un desdits organes constitue un quatrième organe d'entraînement et dont l'autre organe de ladite 5 paire est fixé à la maquette de cabine de vol en un point latéralement décalé , de son axe longitudinal et du côté opposé dudit quatrième organe par rapport à l'axe, un actionnement différentiel des organes d'entraînement de ladite paire conduisant à une position oblique de l'axe longitudinal de ladite cabine par rapport à la direction primitive dudit axe. 10 6°) Simulateur de vol d'aéronef fixé au sol selon la revendication 1, comprenant une paire d'organes d'entraînement, dont un organe constitue le cinquième organe d'entraînement et dont l'autre organe de ladite paire est fixé à la maquette de cabine de vol d'une façon analogue et est susceptible d'être actionné de manière à imprimer à son point d'attache un mouvement laté-15 rai dans une même direction transversale. 7°) Simulateur de vol d'aéronef fixé au sol selon la revendication 5, dans lequel les deux organes d'entraînement de ladite paire, comprenant ledit quatrième organe desdits organes d'entraînement, constituent eux-mêmes un organe d'entraînement d'une paire, chacun desdits organes d'entraînement de 20 chaque paire possédant le même point d'attache que l'autre sur la maquette de cabine de vol, les deux organes d * entraînement s'étendant de là dans des directions opposées en avant et en arrière. 8°) Simulateur de vol d'aéronef fixé au sol selon la revendication 1, dans lequel les points d'attache desdits premier, second et troisième orga-25 nés d*entraînement sur la maquette de cabine de vol déterminent un triangle isocèle" dont la bissectrice coïncide avec l'axe longitudinal de la maquette de cabine de vol. 9°) Simulateur de vol d'aéronef fixé au sol selon la revendication 5, dans lequel les deux organes d'entraînement de la paire comprenant ledit 30 quatrième organe desdits organes d'entraînement sont montés horizontalement en position de repos de la maquette de cabine de vol, les deux organes ayant leurs axes parallèles à l'axe longitudinal de ladite maquette de cabine de vol. 10°) Simulateur de vol d'aéronef fixé au sol selon la revendication 1, dans lequel ledit cinquième organe desdits organes de commande.est monté 35 horizontalement dans la position de repos de la maquette de cabine de vol, son axe faisant un angle droit avec.l'axe longitudinal de ladite maquette de cabine de vol. 11°) Simulateur de vol selon la revendication 1 dont chaque vérin est commandé par un circuit hydraulique comportant une électro-valve, ladite 40 électrjo-valve comprenant un solénoîde de commande parcouru par un courant 69 10 Af, 3» U'U Cf t OU l'onction du signal d'entrée correspondant à un paramètre du vol simulé et d'un signal calculé résultant du déplacement subi par la charge connectée audit vérin et des pressions appliquées aux chambres dudit vérin.