Brevet FR2097059A1 — publié le 19720303

i 2097059 La présente invention concerne les dispositifs de représentation simultanée des paramètres angulaires nécessaires à la conduite du vol des aéronefs en approche, et notamment les collimateurs de vol. Pour le pilotage des avions et en particulier des avions modernes à 5 hautes performances, les pilotes demandent à être renseignés sur un certain nombre de paramètres leur permettant d'apprécier les évolutions de 1' avion par rapport au monde extérieur. Il en est ainsi particulièrement au cours des approches où les marges d'évolution des avions deviennent de plus en plus réduites. Parmi les paramètres fondamentaux à fournir alors 10 au pilote figurent notamment : - le site de l'avion vu de l'entrée de piste, - l'angle de descente, - l'assiette longitudinale, - l'incidence. 15 Le pilote doit pouvoir à chaque instant être informé de ces para mètres tout en conservant sans interruption la vision du monde extérieur (directe ou synthétique suivant les conditions de vol). A cet effet, ont été conçus des collimateurs de vol qui permettent de superposer, à la vision extérieure de la piste, celle, convenablement 20 transposée, des paramètres précités. Toutefois, la sécurité du vol n'est assurée que dans la mesure où toutes les informations apparaissent simultanément dans le champ visuel normal du pilote ; or les avions modernes à hautes performances effectuent leur approche sous de faibles angles de descente (2 à 3°, pente 25 moyenne de l'ILS par exemple) avec des incidences élevées. Dans ces conditions il devient impossible, avec les collimateurs existants, de représenter simultanément les paramètres précités à l'échelle 1 dans le champ visuel du pilote et plus généralement, avec les indicateurs de planche de bord de taille courante, de représenter 30 ces paramètres simultanément avec une précision suffisante. L'invention a précisément pour objet des perfectionnements aux collimateurs, et plus généralement aux indicateurs de paramètres angulaires de vol, permettant cette vision simultanée dans tous les cas dann de bonnes conditions, même en particulier, lorsque l'incidence devient relati-35 vement importante» 70 28231 2 2097059 Les perfectionnements suivant l'invention consistent essentiellement à : (a) amener sensiblement au même niveau les repères indicatifs de l'assiette longitudinale et de l'angle ou pente de descente, (direction du vecteur vitesse en vol stabilisé) (b) faire coïncider ce niveau sensiblement avec celui du centre de l'image (centre du champ optique dans le cas du collimateur). Dans les dispositifs connus les deux repères, d'assiette longitudinale et de pente, sont placés par rapport à une échelle angulaire commune, perpendiculaire à la ligne représentant l'horizon ; le repère d'assiette étant un repère fixe par rapport à l'avion, le zéro de l'échelle est déplacé avec l'assiette de manière à rester sur l'horizon ; ce repère sera désigné par la suite comme étant le "fixe" de l'avion. Pour la réalisation de l'opération (a) suivant l'invention, on utilise deux échelles parallèles de même sensibilité, dont les origines sont décalées, le décalage étant égal à l'incidence moyenne pour la phase de vol considéré. Afin de laisser au pilote la visualisation de l'angle de descente, le zéro de l'échelle des pentes est maintenu sur l'horizon et c'est celui de l'échelle des assiettes qui est décalé. L'incidence moyenne pourrait alors être lue sur l'échelle d'assiette en face du zéro de l'échelle des pentes. Les deux repères étant ramenés au niveau, il suffit dans le cas d'un indicateur de planche de bord, pour maintenir ce niveau au centre de l'image, de cadrer correctement celle-ci par tout moyen connu approprié (mécanique ou électrique). Dans le cas du collimateur le centre du champs optique sera abaissé angulairement d'un angle égal à l'incidence moyenne ceci peut être réalisé par exemple par rotation de 0(^/2 de la glace de celui-ci : l'horizon ne bouge pas par rapport à la position qu'il avait dans le collimateur classique, mais la position du fixe est abaissée de c regarde maintenant dans une direction plus basse qu'initialement, ce qui est bénéfique. 70 28231 3 2097059 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et en se reportant aux figures parmi lesquelles : - la figure 1 met en évidence les différents paramètres angulaires dont la vision simultanée est l'objet de l'invention ; 5 - la figure 2 montre les angles mis en évidence figure 1 tels qu'ils apparaissent au pilote dans les matériels classiques, (soit en projection sur une glace semi-transparante, soit en lecture sur un appareil de planche de bord) ; - la figure 3 est un schéma comparatif mettant en évidence l'effet 10 du décalage des échelles suivant l'invention ; - les figures 4 et 5 représentent les champs visuels du pilote respectivement dans le cas d'un collimateur classique et dans le cas d'un collimateur perfectionné suivant l'invention ; - les figures 6 et 7 sont des schémas explicatifs du réglage d'un 15 collimateur respectivement dans le cas d'un collimateur classique et dans le cas d'un collimateur perfectionné suivant l'invention ; et - la figure 8 est un exemple de mise en oeuvre de l'invention. A la figure 1 on voit un avion A en approche avec la vitesse Y, faisant l'angle y avec le plan horizontal, angle désigné communément sous le 20 nom de pente de descente (ou pente tout court). L'attitude de l'avion dans le plan vertical de descente est définie par l'assiette longitudinale Q , angle d'une ligne de référence longitudinale de l'avion avec l'horizon ; l'incidence de l'avion est l'angle de la vitesse avec la référence longitudinale ; l'un quelconque de ces trois angles peut être déduit 25 des deux autres. Dans les matériels existants, l'indication de ces angles est donnée au pilote soit sur un appareil de bord, soit en projection sur une glace semi-réfléchissante comme représenté figure 2 : l'assiette Q est indiquée par la position d'un repère (a) par rapport à une échelle graduée : sur la 30 figure on lit 0 = 10°. La pente y est indiquée par la position d'un repère (b) par rapport à la même échelle, sur la figure on lit =-3°. L'incidence est évaluée par la distance entre les repères (a) et (b) ; sur la figure on lit çX" = 13° H représente l'horizon et P la piste d'entrée 35 E. Le site vu de l'entrée de piste est ^ ^ = 4°. 70 28231 2097059 On conçoit que lorsque 6 est élevé (par exemple 10°'dans le cas de la figure) si l'échelle n'est pas réduite le pilote devra déplacer son champ visuel pour lire successivement 6 et ï, dans le cas bien entendu d'un collimateur, l'échelle devant alors obli-. 5 gatoirement être réduite pour un appareil de bord. Suivant l'invention on utilise des échelles décalées comme représenté figure 3 où le repère d'assiette (a) est positionné par rapport à l'échelle dont le zéro 0^ est décalé de Dans ces conditions au cours de l'approche l'écart des deux repères (a) et (b) est égal au maximum à la somme des fluctuations de pente et d'assiette, soit au plus quelques degrés, 15 le champ du collimateur est alors sensiblement centré au niveau des deux repères par rotation de la glace deot0/2 : le fixe de l'avion est alors placé en dessous de la position qu'il aurait avec le collimateur classique, mais l'horizon est toujours représenté dans les mêmes conditions. Dans le cas d'un indicateur de 20 planche de bord, le cadrage de l'image sera effectué de façon classique, l'utilisation des deux échelles permettant de ramener les deux repères simultanément sur l'indicateur. Pratiquement pour ne pas surcharger l'image du collimateur ou de l'appareil de planche de bord, l'échelle d'assiette longitucli-25 nale ne sera pas effectivement représentée en entier ; il suffit en effet d'avoir une indication de sa sensibilité et de connaître la valeur de l'incidence moyenne affichée. la comparaison des figures 4 et 5 met en évidence les avantages de l'invention. Ces figures représentent ce que voit le 30 pilote respectivement avec un collimateur classique et avec un collimateur perfectionné suivant l'invention. Dans le premier cas, figure 4, le repère (a) est maintenu au centre du champ visuel, limité par le cercle fictif (C). le repère (b) et une partie de la piste (P) sortent du champ visuel normal. 35 la ligne H représente l'horizon. 70 28231 2097059 - 5 - Dans le second cas, figure 5, le zéro de l'échelle de pente étant maintenu sur l'horizon, celui de l'échelle d'assiette est décalé deo Si d. £ ?6o, le repère (a) sera légèrement au-dessus ou en 10 dessous du repère (b) suivant que j°^ l y \ ^ o ou que- M! En alignant les repères a et b le pilote réalise une approche à incidence constante et la pente d'approche est lue directement-. Le site de l'entrée de piste ou pente instantanée de l'avion par rapport à l'entrée de piste, soit est défini par la position 15 de l'entrée de piste E par rapport à l'échelle des pentes : sur la figure = -4°. le collimateur servant de "viseur" au pilote, la position de la glace semi-réfléchissante par rapport à la référence longitudinale de l'avion c'est-à-dire par rapport au fixe doit être convena-20 blement réglée. La position de "l'oeil pilote" est bien définie dans les avions actuels. Le pilote se trouvant à une distance d du centre de la glace (g) (voir figure 6), la tête collimatrice (C) est installée dans les conditions suivantes pour un collimateur sans réglage de 25 glace : - le réticule (a) est fixe et est vu par le pilote suivant une direction parallèle à la référence horizontale, ou fixe, de l'avion (l'image formée par le collimateur est projetée à.l'infini), - les yeux du pilote doivent être centrés par rapport à la pupille p 30 du collimateur S, P, M, 0 représentent schématiquement respectivement la source lumineuse du collimateur et son plan focal, un miroir et un objectif. Par rapport au réglage représenté figure 6, dans le cas où la 35 glace est décalée d'un anglec la glace doit être descendue simultanément d'une distance égale à d.tg«C0 pour que "l'oeil pilote" reste au milieu de la pupille (voir figure 7)» 70 28231 2097059 — 6 — La commande de rotation de la glace qui sera décrite avec référence à la figure 8 pourrait commander également le réglage de la distance glace-objectif en fonction de l'affichage de l'angleX0. Cette complication mécanique n'est pas nécessaire du fait que l'angle 5 d'incidence moyenne d'approche est connu pour chaque type d'avion et que la distance glace-objectif est déterminée en fonction de cette incidence moyenne* L'incidence d'approche dk de l'avion variant très peu par rapport à l'incidence moyenne d'approche, "l'oeil pilote" reste toujours dans la pupille. 10 Le collimateur perfectionné décrit précédemment suppose que le pilote, au cours de l'approche, voit le monde extérieur et plus particulièrement la piste d'atterrissage• Pour l'attérrissage sans visibilité, le système reste valable à condition que la figuration de la piste soit reconstituée par 15 exemple à partir du balisage I.L.S. d'un terrain équipé, ou d'un radar embarqué ou de tout autre système de détection indépendant de 1'I.L.S. Comme indiqué précédemment, la présentation au pilote peut également être effectuée sur un appareil de planche de bord» 20 La rotation de la glace de-sl0/2 et le déplacement des échelles pourront être réalisés par exemple comme représenté figure 8.. L'incidence moyenne a^,0 est affichée manuellement en 81 par rotation du bouton de commande 82 qui est couplé par un ensemble d'engrenages 83 à l'indicateur 81 et à l'axe de rotation 84 de la 25 glace semi-réfléchissante du cbllimateur non représenté ; ce bouton de commande entraine également le contact mobile du potentiomètre 85 qui fournit une tension 0 proportionnelle àc*. 0 ; les engrenages 83 sont dimensionnés de façon que pour un angle ofc0 affiché en 81 l'axe 84 ait tourné dec^0/2. 30 Le bouton 82 est également couplé mécaniquement, par l'engre nage 80, à l'un des arbres, 86a, d'un différentiel 86 ; l'arbre 86b du différentiel 86 est entraîné en synchronisme avec l'arbre d'entrée 87a qui mène l'engrenage 87 d'entraînement de la poulie 88 de l'échelle d'assiette ; le'différentiel étant calculé de façon 35 que l'angle de rotation de l'arbre 86® soit égal à la somme des angles de rotation des arbres 86a et 86b, la poulie 89 d'entraîne 70 28231 2097059 - 7 - ment de l'échelle des pentes, Eg» est bien entraînée en synchronisme avec la poulie 88 de l'échelle des assiettes avec un décalage de Oes échelles sont solidairesfrespectivement en 88a et 89a,'. de 5 ressorts à couple constant, non représentés. L'asservissement de l'arbre 87a à l'angle d'assiette 0 est réalisé de façon classique au moyen d'une boucle 90 comportant un synchrodétecteur 90a, ayant une entrée couplée mécaniquement à l'arbre 87a et une autre entrée positionnée sur 0, un amplificateur 10 90b commandant un moteur 90c dont l'arbre de sortie est couplé par un réducteur 90d à l'une des entrées du synchrodétecteur. L'affichage de l'incidence vraiedoit être effectué en tenant compte de la rotation de la glace. A cet effet les rubans porte repère (b), et E^, sont entraînés par des poulies, 91 et 92 15 respectivement. Celles-ci sont asservies à l'angle^. -il0 de la façon suivante : Les poulies 91 et 92 sont solidaires de l'un des arbres d'un réducteur 93 qui entraîne un potentiomètre 94 ; la tension de sortie de ce dernier, soit UdLr est comparéepar l'intermédiaire du réseau 20 de résistances 95 à la différence des tensions Tftfc, représentant l'incidence effective et > cette dernière disponible à la sortie du potentiomètre 85. La tension U^. de comparaison proportionnelle à«Çr - (^- partir de la tension UVj^^ fournie par l'indicateur d'incidence en ajoutant à celle-ci une tension proportionnelle au calage initial de la sonde d'incidence, Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réali-30 sation décrits et représentés uniquement à titre d'exemple. Notamment 11 entraînement simultané des échelles et leur décalage réciproque pourra être réalisé de toute manière à la portée de l'homme de l'art, ainsi que, s'il y a lieu, la rotation de la glace du collimateur. î 70 28231 8 2097059 REVENDICATIONS 1. Perfectionnements aux dispositifs de représentation simultanée des paramètres d'approche des aéronefs du type dans lequel l'assiette et la pente de descente sont mises en évidence par des repères positionnés par rapport à une échelle graduée, lesdits perfectionnements consistant à : - amener sensiblement au même niveau les repères indicatifs de l'assiette et de la pente en utilisant, pour les positionner, des échelles parallèles dont les origines sont décalées proportionnellement à l'incidence moyenne pour la phase de vol considérée, l'origine de l'échelle des pentes étant maintenue constamment sur le repère représentant l'horizon, et - faire coïncider ce niveau sensiblement avec le centre de l'image. 2. Ensemble de représentation des paramètres d'approche caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour positionner les repères d'assiette et de pente par rapport à deux échelles parallèles, de même sensibilité et décalées d'une longueur égale, à l'échelle considérée, à la valeur moyenne de l'incidence pour la phase de vol considérée, le zéro de l'échelle de pente étant maintenu au niveau du repère représentant l'horizon, et des moyens pour faire coïncider le centre de l'image avec les repères indicatifs de l'assiette et de la pente. 3- Ensemble suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déplacer simultanément les origines des deux échelles, effectivement représentées ou non, en fonction de l'assiette de l'aéronef. 4. Ensemble suivant la revendication 3, comportant un collimateur de vol comprenant une glace semi-réfléchissante, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire tourner ladite glace de K d2' 5. Ensemble suivant la revendication 4 , caractérisé en ce qu'il comporte : - des poulies d'entraînement respectif desdites échelles — un ruban mobile, porteur du repère de pente 70 28231 2097059 - un potentiomètre - un ensemble d'engrenages comportant un arbre de sortie solidaire de la glace du collimateur et un arbre d'entrée, - un différentiel dont l'arbre de sortie entraîne la poulie 5 d1 entraînement de l'échelle des pentes et dont l'un des arbres d'entrée est couplé à la poulie d'entraînement de l'échelle d'assiette , - m dispositif d'affichage d'incidence couplé à l'indicateur, au potentiomètre, à l'arbre d'entrée de l'engrenage et à l'au- 10 tre des deux arbres d'entrée du différentiel, - une boucle d'asservissement de l'arbre de la poulie d'entraînement de 1*échelle d'assiette à la valeur instantanée de l'assiette, - une boucle d'asservissement dudit ruban à la différence entre 15 l'incidence instantanée et l'incidence affichée.