Brevet FR2132263A1 — publié le 19721117

t 2132263 La présente invention se rapporte aux indicateurs d'attitude d'avion. On utilise dans les avions des indicateurs d'attitude, connus couramment sous le nom d'horizons artificiels, pour indiquer au 5 pilote l'assiette de l'avion par rapport à l'horizon. Il est très important que l'instrument soit précis, car il donne au pilote la seule indication possible lorsque l'horizon réel n'est pas visible. Le type courant d'indicateur d'attitude d'avion comprend un 10 support dans lequel est monté un gyroscope monté à la cardan dont le rotor tourne, autour d'un axe sensiblement vertical. La cage intérieure pivote dans le support autour d'un axe transversal à l'aie de roulis de l'avion lorsque l'instrument est monté. Le support constitue donc la cage extérieure d'un gyroscope à deux 15 degrés de liberté. De plus, un faux horizon, ayant en général la forme d'une partie de sphère, est monté pivotant dans le support, autour d'un axe parallèle à l'axe d'articulation de la cage du gyroscope. Le faux horizon est relié à la cage du gyroscope au moyen 20 d'un mécanisme inverseur, de façon à tourner dans le support dans le sens opposé à la cage du gyroscope. L'indicateur est monté dans un boîtier comportant une fenêtre et placé dans l'avion de façon que, dans le cas idéal, l'axe du support (cage extérieure) coïncide avec l'axe de roulis de l'avion ou lui soit parallèle. L'instrument 25 comporte un index fixe figurant l'avion, et qui se trouve souvent sur la fenêtre elle-même. On gradue la surface du faux horizon pour indiquer les déviations de roulis et de tangage par rapport au vol horizontal. On peut modifier les positions relatives du gyroscope et du faux horizon. Dans certains agencements, le 30 gyroscope se trouve à l'intérieur de la sphère d'horizon, ou au contraire ces éléments sont montés côte à côte. Comme on l'a indiqué plus haut, il faut monter l'indicateur d'attitude dans l'avion, de façon que l'axe du support (cage extérieure) soit parallèle à l'axe de roulis de l'avion. Sinon, 35 lorsque l'avion s'incline latéralement, l'axe du support décrit une portion de surface conique. Gela produit des erreurs d'indication qui peuvent atteindre des proportions importantes. Si, par 72 11300 2 2132263 exemple, l'indicateur d'attitude est monté sur un tableau de bord incliné de 10° par rapport à la verticale en vol horizontal, l'axe du support est incliné d'environ 10° en dessous de l'axe de roulis de l'avion. L'instrument pourra cependant être 5 réglé de façon à indiquer correctement le vol horizontal. Si l'avion effectue alors un demi-tonneau (180°) d'axe horizontal, l'axe du support (case extérieure) va se déplacer d'un angle de 20° dans le plan vertical contenant l'axe de roulis de l'avion, pour se trouver finalement à 10° au-dessus de l'axe 1 o de roulis. L'instrument indiquera donc une déviation vers le haut de 20° par rapport à l'horizontale, bien que l'avion soit toujours en vol horizontal. Il est clair qu'une erreur d'assiette de cette amplitude pourrait être très grave. Il a bien fallu la tolérer antérieu-15 rement. On a fait plusieurs tentatives pour résoudre ce problème, mais elles n'ont guère réussi. La solution la plus simple consiste, bien entendu, à monter l'instrument de façon que l'axe de sa suspension extérieure soit parallèle à l'axe de roulis de l'avion. 20 Mais alors, l'instrument est difficile à voir et à lire, par rapport à un tableau de bord incliné. Une autre solution consiste à monter l'instrument de façon que l'axe du support soit parallèle à l'axe de roulis de l'avion ou coïncide avec cet axe, mais en déplaçant l'index figurant l'avion, 25 de façon que la ligne de foi joignant l'index au centre de rotation du faux horizon soit inclinée par rapport à l'axe du support d'un angle sensiblement égal à l'inclinaison du tableau de bord. Cette solution introduit elle-même une erreur, car, lorsque l'avion s'incline latéralement l'index qui le représente se déplace en site, jq alors que le faux horizon reste à site constant. Dans le cas extrême d'un demi-tonneau (180°), l'erreur atteint deux fois la valeur de l'angle d'inclinaison de la ligne de foi joignant l'index au centre du faux horizon, divisée par le taux de démultiplication de la liaison entre la cage de gyroscope et le faux horizon. 35 L'invention a pour objet un indicateur d'attitude d'avion pour des tableaux de bord inclinés qui soit sujet à des erreurs d'assiette considérablement réduite. 72 11300 3 2132263 Selon, l'invention, l'indicateur d'attitude d'avion pour tableau de "bord incliné, comportant un boîtier de fixation au tableau de bord, un support monté dans le boîtier de façon à pivoter autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de 5 l'avion, sans être perpendiculaire au plan du tableau de bord lorsque le boîtier y est fixé, un faux horizon, un gyroscope à cage à un seul degré de liberté monté dans le support de façon que l'axe de rotation du faux horizon et l'axe de suspension de la cage du gyroscope soient parallèles entre eux et perpendiculaires à l'axe 10 du support, un mécanisme de transmission et d'inversion reliant la cage du gyroscope et le faux horizon, et un index figurant l'avion et agencé pour être observé par rapport au faux horizon, de telle façon que la ligne de foi joignant l'index au centre de rotation du faux horizon soit incliné d'un angle /3 sur l'axe du support, 15 est caractérisé en ce que, le boîtier étant fixé au tableau de bord, l'axe du support est incliné d'un angle o( sur l'axe de roulis de l'avion, tout en restant dans le plan de tangage, la somme des angles et /3 étant sensiblement égale à 1'inclinaison du tableau de bord par rapport à la verticale, et l'angle /S étant compris 20 entre 4° et 20°. Dans la présente demande, les angles désignés comme "sensiblement égaux" ont en fait des valeurs voisines telle que l'instrument fonctionne de manière plus correcte et soit sujet à des erreurs nettement réduites par rapport aux instruments connus 25 employés sur des tableaux de bord inclinés. la description qui va suivre, et les dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur les dessins annexés : 30 - la figure 1 représente schématiquement un indicateur d'attitude, selon un premier mode d'exécution de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique analogue d'un second mode d'exécution ; - la figure 3 est un schéma analogue d'un troisième mode 35 d'exécution. lia figure 1 représente, sous forme schématique, un agencement possible de l'indicateur d'attitude d'avion, l'indicateur est 72 11300 4 2132263 contenu dans un boîtier 10 comportant une fenêtre transparente 11 à l'une de ses extrémités. ïïn rebord de montage 12 permet de fixer l'instrument à un tableau de bord 13. Ce tableau de bord est incliné d'un angle 0 par rapport à la verticale. La ligne hori-5 zontale 14 en traits mixtes représente l'axe de roulis de l'avion. A l'intérieur du boîtier 10 se trouve un support 15, formant cage extérieure, monté de façon à tourner autour d'un axe 16 au moyen de paliers appropriés (non représentés). L'axe 16 est incliné d'un angle £5^ par rapport à l'axe de 10 roulis 14 de l'avion. Un gyroscope 17 comporte un rotor 18 monté dans une cage intérieure 19. L'axe de rotation 20 du rotor 18 est sensiblement vertical en cours d'utilisation, et perpendiculaire à l'axe d'articulation 21 de la cage intérieure 19, l'axe 21 étant lui-même perpendiculaire à l'axe de suspension 16. Un faux 15 horizon 22 est également monté dans le support 15 , et pivote autour d'un axe parallèle à l'axe 21 de la cage intérieure 19. Ce faux horizon est un élément cylindrique ou partiellement sphé-rique dont la surface visible à travers la fenêtre 11 du boîtier 10 est divisée en deux parties, par une ligne 23 parallèle à l'axe 20 cLe rotation et représentant l'horizon. Les parties de la surface situées respectivement au-dessus et au-dessous de cette ligne 23 sont en général de couleurs différentes. La surface du faux horizon 22 comporte également des indications d'angle de piqué et de cabré. L'angle de roulis est indiqué par le 25 mouvement d'une aiguille fixée au support 15, par rapport à une graduation fixée au boîtier 10, les deux étant visibles à travers la fenêtre 11. Le faux horizon 22 est relié angulairement à la cage intérieure 19 du gyroscope, par l'intermédiaire d'un mécanisme d'entraînement inverseur constitué par exemple d'un train 30 d'engrenages 24, représenté ici avec deux pignons intermédiaires montés sur le support 15. Un index 25 figurant l'avion est fixé au boîtier 10 ou à la fenêtre 11. Cet index est disposé de façon que la ligne 26, appelée ligne de foi, qui joint l'index au centre de rotation du faux 35 horizon 22, soit inclinée d'un angle/5 par rapport à l'axe 10 du support 15. De préférence, l'index 25 se trouve au centre de la fenêtre 11 et la ligne de foi constitue l'axe du boîtier 10, 72 11300 5 2132263 perpendiculairement au plan du tableau de bord 13, de façon que la somme des deux angles o( et/S soit égale à l'angle d'inclinaison de la normale au plan du tableau de bord par rapport à l'axe de roulis et soit ainsi égale à l'inclinaison 0 du tableau 13 par 5 rapport à la "verticale. Comme on l'a déjà indiqué, l'inclinaison de l'axe de suspension 16, par rapport à l'axe de roulis 14 provoque pour un angle de roulis de 180° (£ tonneau) une erreur maximum, correspondant à une indication erronée d'une valeur 2 dans le sens à cabrer. De même, 10 l'inclinaison/^ de l'axe 26 (ligne de foi) par rapport à l'axe de suspension 16 provoque dans la même situation, une autre erreur maximum, correspondant à une indication erronée d'une valeur 2 /S /n dans le sens à piquer, n étant le rapport du train d'engrenages 24 reliant angulairement la cage du gyroscope 19 et le faux horizon 22. 15 Le montage qu'on vient de décrire et qui est la base de l'invention a été conçu de manière à ce que les deux causes d'erreurs indiquées ci-dessus et intervenant en sens opposés, se compensent. Elles peuvent même s'annuler l'une par l'autre si 2 (A = 2 /n, autrement dit si n o(//3 = 1. C'est la condition 20 optimum. Cependant, on peut accepter de faibles erreurs, qui représentent déjà une amélioration considérable par rapport aux erreurs tolérées actuellement. A titre d'exemple, avec un instrument -conçu pour être utilisé sur un tableau de bord incliné à 15°» on peut 25 avoir :/3 = 9° et n = 1,5. Avec un tel instrument sur un tableau de bord incliné de 20°, l'erreur instrumentale maximum, pour un roulis de 280°, sera de 10°. Cette valeur est donc très inférieure à l'erreur de 40° qui apparaîtrait avec un instrument classique. De même, si l'on utilise l'instrument mentionné ci-dessus sur un 30 tableau de bord incliné de 10°, l'erreur maximum indiquée serait encore de 10° en tangage, valeur elle aussi bien inférieure à l'erreur de 20° produite par un instrument classique. Dans chacun des cas ci-dessus on a réglé la barre d'horizon 23 de façon à lire une assiette nulle en vol horizontal. 35 De façon générale, avec des instruments présentant un rapport d'amplification angulaire n compris entre 1 et 1,7 (valeurs courantes), on obtiendra des résultats satisfaisants si la valeur 72 11300 6 2132263 de l'expression n est comprise entre - 1,5 et + 4. La valeur négative peut provenir d'un angle o( ou /3 de sens opposé à celui qui est représenté sur la figure 1. Cependant, on n'utilisera probablement pas de tableau de bord présentant une pente très différente de 5 celle pour laquelle l'instrument a été conçu. En pratique, l'angle /h aura une valeur absolue comprise entre 4° et 20°. On n'a pas décrit les différents détails de construction de 1'instrument qui sont susceptibles de su&ir de nombreuses variations connues des spécialistes. La figure 1 représente la cage 10 intérieure 17 et le faux horizon . 22 montés côte à côte dans le support 15. Le faux horizon peut être cylindrique, sphérique ou présenter toute autre forme appropriée. Le faux horizon peut être aussi une plaque ou un bras portant une barre d'horizon qui se déplace sur une surface fixe. La transmission entre le 15 gyroscope et le faux horizon peut être quelconque, à condition que le sens de rotation du faux horizon 22 par rapport au support 15 soit opposé à celui de la cage intérieur 17. Les paliers qui fixent le support au boîtier n'ont pas été représentés. Souvent, le support est en porte-à-faux avec un 2q seul palier, mais on peut utiliser des paliers intermédiaires si cela est nécessaire. L'agencement représenté sur la figure 1 nécessite un boîtier plus grand que pour un instrument classique, car l'axe 16 du support est décalé par rapport à l'axe 26 du boîtier. On peut 25 l'éviter grâce à l'agencement représenté sur la figure 2, dans lequel le boîtier est coudé de l'angle/3 , par rapport à l'axe 26 normal au tableau 13. Cet agencement prend moins de place derrière le tableau de bord que celui qui a été décrit précédemment. Dans les deux modes d'exécution décrits ci-dessus, l'axe 26 30 (ligne de foi) a été agencé de façon à être perpendiculaire à la fenêtre 11 du boîtier. De ce fait, l'index se trouve au centre de la fenêtre. La figure 3 représente un agencement dans lequel l'axe 26 est lui-même décalé d'un angle L'avantage de ce troisième mode d'exécution consiste en ce qu'il permet d'annuler les erreurs d'indication de tangage dues au 72 11300 7 2132263 roulis, même si la somme des angles et /$ n'est pas égale à l'inclinaison 0 de l'instrument. La condition optimale est o( + (h = 0 + S , condition pour laquelle les erreurs instrumentales de tangage sont nulles. Cependant, on peut accepter de faibles 5 écarts de ce genre, car les erreurs qui en résultent sont encore très inférieures à celles que l'on tolère actuellement sur les instruments connus. Soit par exemple un horizon gyroscopique possédant un rapport de transmission n = 1,5 et monté d'une part dans un boîtier classique, et d'autre part dans un boîtier tel 10 que /i = 9°. La ligne de foi correspond à une assiette nulle, ou à une assiette de + 5°• Par rapport au montage classique, l'invention permet de maintenir l'erreur instrumentale en assiette en-dessous de 5° en valeur absolue, pour toute valeur de l'inclinaison du tableau de bord, jusqu'à 22,5° de part et d'autre de la verticale. 72 11300 8 2132263 REVENDICATIONS 1. Indicateur d'attitude d'avion pour tableau de bord incliné, comportant un boîtier de fixation au tableau de bord, un support monté dans le boîtier de façon à pivoter autour d'un axe sensible- 5 ment parallèle à l'axe longitudinal de l'avion, sans être perpendiculaire au plan du tableau de bord lorsque le boîtier y est fixé, un faux horizon, un gyroscope à cage à un seul degré de liberté monté dans le support de façon que l'axe de rotation du faux horizon et l'axe de suspension.de la cage du gyroscope soient parallèles 10 entre eux et perpendiculaires à l'axe du support, un mécanisme de transmission et d'inversion reliant la cage du gyroscope et le faux horizon, et un index figurant l'avion et agencé pour être observé par rapport au faux horizon, de telle façon que la ligne de foi joignant l'index au centre de rotation du faux horizon soit incliné 15 d'un angle fi) sur l'axe du support, caractérisé en ce que, le boîtier étant fixé au tableau de bord, l'axe du support est incliné d'un anglesur l'axe de roulis de l'avion, tout en restant dans le plan de tangage, la somme des angles o( et fb étant sensiblement égale à l'inclinaison du tableau de bord par rapport à la verticale, 2o et l'angle fi) étant compris entre 4° et 20°. 2. Indicateur conforme à'la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme de transmission reliant la cage du gyroscope et le faux horizon présente un rapport d'amplification angulaire compris entre -1,5 et + 4. 25 3» Indicateur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'expression n o(//i est égale à 1 . 4. Indicateur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ligne de foi joignant l'index figurant l'avion au centre de rotation du faux horizon est inclinée d'un 30 angle 5 par rapport à la normale au plan du tableau de bord, l'angle £ étant la différence entre l'inclinaison 6 du tableau de bord par rapport à la verticale, et la somme des angles o( et ft) . 5- Indicateur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ligne joignant l'index figurant l'avion 35 et le centre de rotation du faux horizon est perpendiculaire au plan du tableau de bord. 72 11300 9 2132263 6. Indicateur conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une fenêtre montée sur le boîtier dans un plan parallèle à celui du tableau de bord. 7. Indicateur conforme à l'une des revendications 1 à 5, 5 caractérisé en ce que l'index figurant l'avion est fixé sur la fenêtre. 8. Indicateur conforme à l'une des revendications 1 à 7» caractérisé en ce que la liaison cinématique reliant la cage du gyroscope et le faux horizon est constituée par un train 10 d1 engrenages. 9. Indicateur conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le boîtier est symétrique par rapport à la ligne de foi joignant l'index figurant l'avion au centre de rotation du faux horizon. 15 10. Indicateur conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le boîtier est symétrique par rapport à l'axe du support de la cage du gyroscope et du faux horizon.