Brevet FR2073471A1 — publié le 19711001

' 2073471 La présente invention concerne un indicateur de direction d'écoulement d'air, utilisable notamment comme détecteur d'angle d'attaque d'avion. Les indicateurs de direction d'écoulement d'air entrent 5 en général dans plusieurs catégories distinctes selon leur mode de fonctionnement et l'une de ces catégories fait intervenir le positionnement d'une pale tournante dans le courant d'air et une mesure de la position angulaire de la pale par rapport à une position de référence. ..Un des problèmes qui se 10 posent avec des dispositifs de ce type réside dans la nécessité de donner une liberté de rotation à la pale sous l'effet du courant d'air tout en assurant une étanchéité efficace contre la pénétration d'humidité ou de poussière dans le mécanisme. On a trouvé que des joints efficaces engendraient des 15 forces de frottement s'opposant au mouvement de la pale et, par conséquent, introduisant des erreurs dans la valeur fournie à la sortie de l'indicateur. Avec des indicateurs de direction d'écoulement d'air du type précité, on rencontre aussi des difficultés du fait 20 ÇLue la pale a tendance à répondre d'une manière oscillatoire à des changements de direction du courant d'air. Des dispositifs d'amortissement simples, tels qu'un amortissement visqueux de l'arbre portant la pale, ne présentent pas une uniformité d'efficacité dans toute la plage des vitesses d'air puisque 25 les forces aérodynamiques agissant sur la pale sont proportionnelles au carré de la vitesse de l'air. En conséquence, on choisit un compromis en effectuant un sous-amortissement aux grandes vitesses d'air et un sur-amortissement aux faibles vitesses d'air mais il en résulte que la réponse de l'instru-30 ment varie dans la plage des vitesses d'air. L'invention vise à fournir un indicateur de direction d'écoulement d'air comportant une pale tournante qui peut être montée avec une excellente étanchéité sans introduire d'erreurs importantes par frottement. 35 L'invention vise également à fournir un indicateur de direction d'écoulement d'air dans lequel un mouvement de la pale n'est pas lui-même amorti mais dans lequel des oscillations de la pale sont amorties et n'apparaissent pas dans la valeur fournie à la sortie. 40 Suivant l'invention, l'indicateur de direction d*écoule— 70 44971 2073471 ment: d'air est caractérisé en ce qu'il comprend un arbre creux monté rotativement de façon étanche dans un carter-support, un arbre intérieur engagé eoaxialement dans l'arbre creux de manière à tourner par rapport à ce dernier, une pale agencée 5 pour être placée dans le courant d'air et fixée rigidement à l'arbre intérieur, un joint d'étanchéité prévu entre l'arbre intérieur et l'arbre creux et agencé pour permettre leur rotation relative d'un angle limité, une servo-commande agissant de façon à faire tourner l'arbre creux en vue de maintenir 10 les positions angulaires de l'arbre intérieur et de l'arbre creux à l'intérieur dudit angle limité et un dispositif de sortie indiquant la position angulaire de l'arbre creux par rapport à une position de référence. D'autres particularités de l'invention apparaîtront au 15 cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs , . la fig. 1 est une vue en perspective avec coupe partielle d'un* indicateur de direction d'écoulement d'air 20 suivant un mode de réalisation de l'invention; » la fig. 2 est une vue de côté en coupe de l'indicateur de la fig. 1 ; . la fig. 3 est une vue en bout et en coupe de l'indicateur suivant la ligne III-III de la fig. 2; 25 • la fig. 4 est un schéma illustrant le fonctionnement de 1* indi c at eur. Suivant l'exemple d'exécution représenté aux fig. 1 à 3» un carter cylindrique 10 est monté à l'aide d'une collerette 11 dans une ouverture ménagée dans le fuselage 12 d'un avion. Le 30 carter 10 supporte deux coussinets 13 dans lesquels est monté à rotation un arbre creux 14. L'arbre creux porte deux roulements à billes 15 dans lesquels est monté un arbre intérieur 16 traversant l'arbre creux 14. L'extrémité externe de l'arbre intérieur 16 porte un chapeau 17 sur lequel est fixée une pale 35 18 représentée sous forme d'une pièce aérodynamique supersonique à double coin qui est inclinée vers l'arrière de 45° par rapport à l'axe de rotation. L'extrémité interne de l'arbre intérieur 16 porte un contre-poids d'équilibrage 19 fixé par un bras 20 sur un anneau 21. ^0 Autour de l'arbre creux 14 est fixée une couronne 22 dont 70 44971 3 2073471 les dents sont en prise avec celles d'un pignon 23 fixé sur l'arbre d'un moteur électrique 2k associé à un réducteur 25; la couronne est également en prise avec un autre pignon 26 fixé sur l'axe d'un générateur tachymétrique 27« Le moteur 2k 5 et le générateur tachymétrique 27 sont logés dans le carter 10. L'extrémité interne de l'arbre creux 14 porte deux pattes 28 et 29 faisant saillie radialement vers l'extérieur à partir de l'arbre et disposées en regard l'une de l'autre tout en étant espacées. Chaque patte porte un contact électrique isolé 10 30 qui fait saillie dans l'intervalle existant entre les deux pattes. Le bras 20 fixant le contre-poids d'équilibrage 19 sur l'arbre intérieur 16 porte un doigt 31 qui est agencé pour se placer entre les contacts 30 des deux pattes 28 et 29. Des connexions électriques sont établies avec les deux contacts 15 30 et avec une surface de contact du doigt 31 par l'intermédiaire de bagues collectrices ou de conducteurs flexibles (non représentés) en vue d'assurer les connexions avec l'appareillage associé. Un joint d'étanchéité aux poussières et à l'humidité 32, 20 est fixé sur les extrémités externes de l'arbre creux 14 et de l'arbre intérieur 16, en permettant seulement un mouvement de jrotation relative limité entre ces arbres, ce joint étant recouvert en partie par le chapeau 17» La fig. k représente la servo-commande et le dispositif 25 de sortie de l'indicateur de direction d'écoulement d'air décrit plus haut. L'indicateur proprement dit a été représenté seulement sous une forme schématique. L'arbre creux 14 portant des contacts électriques sur deux pattes 28 et 29 a été représenté, de même que l'arbre intérieur 16 et son doigt de contact 30 31• Une batterie 33 est reliée aux deux contacts solidaires des pattes 28 et 29 et la surface de contact du doigt 31 est reliée à l'entrée d'un amplificateur 3k. Le signal de sortie de l'amplificateur commande le moteur 2k qui est accouplé mécaniquement par l'intermédiaire du réducteur 25 au générateur 35 tachymétrique 27 et à l'arbre creux 1k. Le signal de sortie du générateur tachymétrique 27 est renvoyé à l'amplificateur 3^» Un signal de sortie représentant la position angulaire de l'arbre creux par rapport à une position de référence peut être déterminé par la position d'un contact mobile 35 d'un 40 potentiomètre 36, le contact mobile étant relié mécaniquement /G 44971 k 2073471 à l'arbre creux 14. Les dispositifs mécanique et électrique représentés sur la fig. k comprennent une boucle d'asservissement classique à réaction mécanique. Les pattes 28 et 29 sont agencées de manière que la rotation relative de l'arbre intérieur par rapport à l'arbre creux soit très faible, à savoir 0,2 degré d'arc au total. Puisqu'il se produit un très petit mouvement relatif entre l'arbre creux 14 et l'arbre intérieur 16, le joint d'étanchéité 32 permet ce mouvement tout en empêchant la pénétration d'humidité ou de poussière dans l'indicateur. Les coussinets 13 supportant 1'arbre.extérieur creux 14 dans le carter 10 remplissent la même fonction. Un frottement dans ces paliers est surmonté par le couple fourni par le moteur 2k. L'indicateur de direction d'écoulement d'air décrit plus haut fonctionne de la façon suivante : On va considérer initialement que le système est devenu stable dans l'écoulement d'air de sorte que le doigt 31 du bras 20 est placé à mi-distance entre et séparé des deux contacts 30 portés par les pattes 28 et 29* L'amplificateur 34 est sans effet et en conséquence le moteur 2k est immobile. La position du curseur 35 du potentiomètre 3^ indique la position angulaire de la pale 18 par rapport à la direction de référence. Si maintenant la direction de l'écoulement d'air par rapport à l'avion change, la pale 18 est obligée de tourner. Seule une légère rotation est possible jusqu'à ce que le doigt 31 s'applique contre le contact 30 de l'une des pattes 28 ou 29. Lorsque par exemple le doigt touche le contact 30 de la patte 29 sous l'effet d'un mouvement de l'arbre intérieur 16 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre en regardant la fig. 3» l'amplificateur 3^ assure l'excitation du moteur 2k qui entraîne l'arbre creux 16. Cet arbre est entraîné dans le sens contraire des aiguilles d'unemontre en regardant la fig.3 tant que le doigt 31 continue à toucher le contact de la patte 29. Le générateur tachymétrique 37 renvoie à l'amplificateur un signal indiquant la vitesse de déplacement de l'arbre creux 14. L'arbre intérieur 16 peut maintenant être entraîné librement en«rotation par l'écoulement d'air arrivant sur la pale 18 et l'arbre creux 14 continué à tourner jusqu'à ce que la Pari r\r-*m 70 44971 5 2073471 pale atteigne une position d'équilibre. Lorsque l'arbre intérieur s'arrête de tourner, un mouvement additionnel de l'arbre creux coupe le contact électrique entre le doigt 31 et le contact 30 de la patte 29 • Le moteur 24 n'est alors plus excité 5 par l'amplificateur 34 et l'arbre creux 16 cesse de se déplacer Le curseur 35 du potentiomètre 36 a été entraîné au cours de la rotation de l'arbre creux et sa nouvelle position indique maintenant la position de la pale. De la même manière, un mouvement de la pale 18 dans le 10 sens opposé provoque une excitation du moteur de façon à faire » tourner l'arbre creux dans le même sens que la pale jusqu'à ce que le doigt 31 s'écarte du contact 30 de la patte 28. Du fait de la liaison établie par des dentures entre l'arbre creux 14 et le moteur, y compris les dentures situées 15 à l'intérieur du réducteur 25, il n'est pas possible que des forces aérodynamiques appliquées à la pale fassent tourner l'arbre creux en raison du contact établi entre le doigt 31 et une des pattes 28 ou 29. En conséquence, les pattes 28 et 29 jouent le rôle de butées pour limiter la rotation de l'arbre 20 intérieur 16. En pratique, la rotation de l'arbre creux ne s'arrête pas dès que le doigt 31 et le contact correspondant 3° se séparent et le mouvement peut se poursuivre jusqu'à ce que le contact opposé touche le doigt. Cela produit un pompage dans la servo-25 commande, à moins que le mouvement de l'arbre creux ne soit amorti d'une certaine manière. Un certain degré d'amortissement est exercé par le générateur tachymétrique 27. Le problème du pompage est imputable en majeure partie au type "tout-ou-rien" du système de captage utilisé pour indiquer un mouvement 30 relatif entre l'arbre creux 14 et l'arbre intérieur 16. XI est par conséquent avantageux d'utiliser un autre type de captage qui indique à la fois le sens et l'amplitude d'un tel mouvement relatif. Il est possible d'utiliser des capteurs capacitifs, inductifs ou piézo-électriques par exemple, à la place du doigt 35 31 et des contacts 30. Le potentiomètre de sortie 36 peut être remplacé par tout autre type d'élément indicateur, tel qu'un système indicateur à distance. On peut utiliser tout type approprié de pale et -son profil 40 et sa disposition sont fonction dans une large mesure de la BAD ORIGINAL 70 44971 2073471 vitesse maximale de 1*avion. Un indicateur de direction d'écoulement d'air utilisé dans un avion peut avoir une plage de fonctionnement limitée, — par exemple à 50®. Cependant, l'indicateur peut également 5 être utilisé dans des applications où il est nécessaire d'obtenir un grand angle d'utilisation, à savoir jusqu'à 360°i La plage angulaire détermine si l'on doit utiliser des bagues collectrices ou des collecteurs flexibles pour établir les connexions avec les contacts 30 et le doigt 31. 10 XI est à noter que la tendance à l'oscillation de l'arbre de sortie 14 lorsque celui-ci suit le mouvement de la pale peut être réduit en faisant appel-à des techniques normales de servo-amortissement, par exemple en exerçant une correction de vitesse à partir du générateur tachymétri-15 que 27, de sorte que la pale proprement dite et par conséquent l'arbre intérieur peuvent avoir tendance à réagir à des variations de la direction d'écoulement d'air d'une manière oscillante déterminée par l'inertie de la pale et par les forces aérodynamiques de rappel. Dans le détecteur de direction 20 d'écoulement d'air suivant l'invention, l'arbre intérieur 16 et la pale ne sont pas amortis et peuvent osciller librement mais seulement d'un très petit angle limité par les butées constituées sur les pattes 28 et 29» Bien que la pale puisse pousser le doigt 31 assez brutalement en contact avec les 25 butées, cette force est réduite sur l'arbre de moteur par l'action des dentures décrites plus haut de manière à ne pas affecter sensiblement l'indication de sortie. En outre, si la constante de temps du servo-mécanisme est choisie suffisamment supérieure à la période naturelle 30 d'oscillation de la pale, les oscillations de cette dernière à une fréquence relativement élevée ne sont pas transmises à l'arbre de sortie. On obtient ainsi des conditions de fonctionnement dans lesquelles le temps de réponse est uniforme dans toute la plage des vitesses d'air et est 35 déterminé seulement par les caractéristiques du servo- mécanisme. Le temps de réponse peut être défini comme l'intervalle nécessaire pour que le déplacement angulaire de l'arbre de sortie atteigne une valeur stable au cours de sa réponse oscillante amortie à une variation graduelle de la direction 40 d'écoulement d'air. En pratique, évidemment, l'amortissement / w ^971 7 2073471 assuré par la réaction exercée par le générateur tachymétrique est un amortissement presque critique. /Q 44971 8 2073471 ÊtEVENDI CATIONS 1. Indicateur de direction d'écoulement d'air, caractérisé en ce qu'il comprend un arbre creux monté rotativement de façon étanche dans un carter-support, un arbre intérieur engagé 5 coaxialement dans 1'arbre creux de manière à tourner par rapport à ce dernier, une pale agencée pour être placée dans l'écoulement d'air et fixée rigidement à l'arbre intérieur, un joint d'étanchéité prévu entre l'arbre intérieur et l'arbre creux et agencé pour permettre leur rotation relative d'un 10 angle limité, une servo-commande agissant de façon à faire tourner l'arbre creux en vue de maintenir les positions relatives de l'arbre intérieur et de l'arbre creux à l'intérieur dudit angle limité et un dispositif de sortie indiquant la position angulaire de l'arbre creux par rapport à une position 15 de référence. 2. Indicateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la servo-commande comprend des moyens pour détecter le sens de rotation de l'arbre intérieur par rapport à l'arbre creux et des moyens d'entraînement agencés pour être commandés 20 par les moyens de détection en vue d'assurer la rotation appropriée de l'arbre creux. 3. Indicateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un contacteur électrique comportant des contacts portés par l'arbre intérieur 25 et par l'arbre creux et agissant de façon à,exciter les moyens d'entraînement lorsque la rotation relative des deux arbres atteint une valeur prédéterminée inférièure audit angle limité. 4. Indicateur suivant la revendication 3» caractérisé en ce que les contacts électriques portés par l'arbre creux 30 sont combinés à des butées empêchant une rotation relative additionnelle des deux arbres.