Brevet FR2191130A1 — publié le 19740201

L'invention a pour objet une installation pour le recalage au sol d'un indicateur de cap d'avion. On sait qu'un indicateur de cap doit être recalé avant l'en- vol de l'avion qu'il équipe, c 'est--dire ajusté pour que la valeur qu'il indique soit conforme à celle du cap existant à l'en- droit où se trouve l'avion. Jusqu'a présent, un tel recalage ne peut être obtenu que par des opérations relativement longues et compliquées. Une installation selon l'invention permet au contraire d'effectuer le recalage d'une manière rapide et automatique. L'installation est caractérisée par l'application d'un faisceau laser balayant émis par un appareillage au sol pour déterminer, en coopération avec un miroir porté par l'avion, la direction de l'axe longitudinal de celui-ci, la connaissance de l'orien- tation du faisceau laser au moment de la coopération permettant de tirer le cap vrai de l'avion, des moyens etant prévus pour comparer cette valeur à celle fournie au même moment par l'indicateur de cap monté sur l'avion. L'invention vise une forme de réalisation applicable aux avions ne comportant pas de moyens de mise en mémoire de la valeur de cap fournie par leur indicateur de cap, selon laquelle la réflexion d'au moins un faisceau laser sur au moins un ou des miroirs portés par l'avion immobile sont appliqués pour des mesures de triangulation permettant la détermination de la direction d'une référence de l'avion, par exemple de son axe longitudinal. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue générale d'une installation selon l'invention pour une forme de réalisation - la figure 2 est une vue d'une partie d'installation selon l'invention, en élévation ; - la figure 3 est une vue correspondante, en plan - la figure 4 est un diagramme ; - la figure 5 est un autre diagramme - la figure 6 est une vue de face dtune partie de l'installation équipant l'avion ; - la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne 7-7 de la figure 6 ; - la figure 8 est un schéma de blocs-diagrammes ;; - la figure 9 est également un schéma de blocs-diagrammes - la figure 10 est une vue schématique en plan d'une installation selon l'invention, pour une autre forme de réalisation - la figure 11 est analogue à la figure 10 mais pour une variante ; - la figure 12 est un diagramme correspondant au fonctionnement de la réalisation montrée sur la figure 11 ; - la figure 13 est un schéma analogue à la figure 11, mais pour encore une autre forme de réalisation. L'installation comprend un appareillage au sol 11, (figure 1), qui peut être fixe ou bien mobile, par exemple porté par un chariot, et qui comporte un générateur 12 de faisceau laser, le faisceau ayant par exemple une section d'une dimension de l'ordre du millimètre à la sortie 13 du générateur, (figure 2).Une première optique 14 fournit un faisceau laser 15 d'une section d'une dimension de l'ordre du centimètre qui traverse une seconde optique 16, du type à surface cylindrique 17, (figure 3), de manière à ne pas modifier sensiblement l'ouverture du faisceau dans un plan horizontal et à l'ouvrir dans un plan vertical, de sorte que le faisceau 18 a, dans le plan horizontal, une ouverture de l'ordre de 10 4 radians et, dans le plan vertical, une ouverture de l'or- dre de 10 milliradians, ces indications numériques étant bien entendu données à titre d'exemple et sans caractère limitatif. Le faisceau 18 traverse un orifice 19, (figure 1), que présente un miroir plan 20 et tombe sur un tambour cylindrique 21 tournant autour d'un axe vertical 22. Le tambour 21 porte sur sa surface 23 une multiplicité de miroirs plans 24 identiques, les miroirs plans adjacents 241 et 242 se raccordant suivant une arete 25, la section du tambour par un plan horizontal étant limitée par un polygone régulier. Dans une forme de réalisation, le tambour 21 porte vingt-quatre miroirs plans et tourne autour de l'axe vertical 22 à une vitesse de 1500 t/mn.Le faisceau laser 18 tombant sur une zone 26 du tambour 21 située à l'avant du plan 27 passant par l'axe 22 et parallèle au rayon de faisceau 18, la réflexion de ce dernier sur un miroir 24 fournit un faisceau 28 balayant l'espace à l'avant de l'appareillage 11 suivant un angle de 300, à une vitesse qui correspond à 50 tours par seconde, le balayage pouvant être schématisé par le diagramme montré sur la figure 4 où le temps est porté en abscisses et la position angulaire du faisceau balayant 18 par rapport à sa direction d'origine est por tee en ordonnées. Le faisceau 28 balaie donc l'espace entre une limite 29 correspondant à la réflexion du faisceau 18 sur la partie du miroir 24k adjacente à l'arete 25(k-l)k jusqu'à l'autre limite 30 correspondant a la réflexion dudit faisceau par le miroir 24k au voisinage de l'arete opposée 25k(k+l), l'angle entre les limites 29 et 30 étant de 300. Le faisceau laser 18 est ensuite réfléchi par le miroir 24(k+l) auquel correspond la ligne (k+l) du diagramme. L'appareillage 11 comprend dans la zone balayée 31 deux miroirs plans 32 et 33 situés près des limites 29 et 30 mais légèrement à l'intérieur de la zone balayée 31, équidistants par rapport à la direction bissectrice 34. Les miroirs 32 et 33 sont perpendiculaires aux directions 35 et 36 du faisceau laser qui tombe sur eux au cours du balayage. Les faisceaux laser réfléchis suivant les directions 35 et 36 se réfléchissent sur le miroir 24 opératoi- re pour le balayage qui les renvoie suivant la direction 37 confondue avec celle du faisceau 18 et ils sont réfléchis par le miroir 20 d'où, après traversée d'une optique 38, ils tombent sur une cellule photo-sensible 39. Les impulsions fournies par la cellule sont représentées sur le diagramme de la figure 5. L'impulsion 1 correspond au faisceau réfléchi sur le miroir 32 et l'impulsion 2 correspond au faisceau réfléchi sur le miroir 33. Cette dernière est suivie par une impulsion 1' correspondant au balayage suivant et l'impulsion 1 est précédée par une impulsion 20 correspondant au balayage précédent. L'avion A circule en roulant devant l'appareillage 11. I1 porte derrière un hublot h un miroir 41, (figure 6), rectangulaire, limité par des bords verticaux 42 et 43 et des bords horizontaux 44 et 45. Le miroir 41 est constitué par un bloc de verre 46, (figure 7), collé par sa face postérieure 47 sur un support plan 48 vertical parallèle à l'axe longitudinal L de l'avion A par rapport auquel est repérée angulairement la centrale de cap C que comporte l'avion. La surface antérieure du bloc 46 est constituée par un ou plusieurs dièdres rectangulaires dont les faces planes 49, 50, perpendiculaires entre elles, se raccordent suivant des aretes horizontales 51, 52. Le miroir 41, à effet catadioptrique dans les plans verticaux, renvoie ainsi sur lui-m8me le faisceau laser qu'il reçoit dans les plans verticaux et symétriquemént par rapport à la normale dans le plan horizontal. Lorsque, au cours de la circulation de l'avion A devant l'appareillage, le plan 47 devient perpendiculaire au faisceau laserque reçoit le miroir 41, ledit faisceau laser est réfléchi complètement sur lui-même et, après réflexion sur le miroir 24 opératoire et sur le miroir 20, traversée de l'optique 38, parvient sur la cellule 39. Une impulsion a, (figure 5), est fournie par la cellule 39 dont la position sur le diagramme de la figure 5, par rapport aux impulsions 1 et 2, est caractéristique de la direction du faisceau laser réfléchi et en conséquence de l'axe longitudinal de l'avion au moment de la réflexion du faisceau laser par le miroir-41. Pour toute autre orientation de l'axe longitudinal L de l'avion, la cellule 39 ne reçoit aucun faisceau laser réfléchi par le miroir 41. Une direction de référence de l'appareillage 11 a été- déter- minée à l'aide d'un théodolite ou d'un chercheur de Nord. L'exploitation des informations fournies par la cellule 39 peut être adaptée à l'équipement de l'appareillage Il et également de l'avion. Si T12 est le temps qui s'écoule entre les impulsions 1 et 2 et Tla est le temps qui s'écoule entre l'impulsion 1 et l'impulsion a, l'angle a entre le faisceau réfléchi par le miroir 41 et la limite 29 est donné par Tia a = aO x Ti2 si a0 est l'angle entre les deux plans limites correspondant aux miroirs 32 et 33. Dans une forme de réalisation, une horloge 61, (figure 8), que comporte l'appareillage 11 commande un premier registre 62 affecté à T12 et un second registre 63 affecté à Tla dont les sorties 64 et 65 sont appliquées à un diviseur 66 commandant un registre 67 où apparaît ainsi la valeur de a. L'appareillage comprend un registre 68 où est inscrit le cap de la direction de référence et la valeur de ce cap est ajoutée à la valeur K dans un additionneur 69 dont la sortie 70 est la valeur du cap vrai de l'avion A. Ladite valeur est transmise par un appareil 71 à l'avion A. Si celui-ci comporte un appareillage digital, la valeur de son cap à l'instant de la mesure, c'est-à-dire celui où s'est produite l'impulsion a, est introduite dans un registre 72 qu'il comporte. Le registre 73, (figure 9) de l'avion pour l'indication du cap fourni par la centrale de cap C et constamment mis à jour par celle-ci à partir d'un synchro ou resolver 74, est, suivant l'invention, transféré au moment de la mesure dans un registre 75, associé au registre 73. Ces opérations peuvent également etre réalisées par le calculateur de l'avion. Pour le transfert, selon une forme de réalisation, l'impulsion a fournie par la cellule déclenche un signal modulé reçu par une cellule 76, (figure 6), placée dans le plan vertical moyen 77 du miroir 41 de l'avion et qui, à réception d'une commande à l'instant de la mesure, par exemple du faisceau laser modulé en fréquence, commande le transfert du contenu du registre 73 dans le registre 75. La transmission de commande peut également être effectuée par radio. La comparaison des contenus des registres 72 et 75 fournit par différence l'angleflC de recalage de cap qu'il convient d'introduire dans la centrale C. L'invention vise également des réalisations suivant lesquelles le recalage de la centrale de cap de l'avion est effectué alors que ce dernier est immobile. Suivant une première forme de réalisation, l'appareillage comprenant le générateur de faisceau laser et le tambour tournant est monté sur un chariot qui est déplacé à proximité de l'avion de manière que le faisceau balayant soit dirigé approximativement vers le hublot derrière lequel se trouve le miroir catadioptrique annexé à l'avion. On peut ainsi déterminer le cap vrai de l'avion à l'instant de mesure à partir de la détermination du cap à cet instant d'une direction de référence que comporte le chariot. Celle-ci peut être fournie par un conservateur de cap lié rigidement à l'appareillage 11. Des corrections dues à la non-verticalité du chariot pouvant être nécessaires, la verticale et le cap peuvent etre fournis par une centrale inertielle. La détermination de la correction fait appel à un petit calculateur. Celui-ci porte également une centrale inertielle et un calculateur pour tenir compte des variations de la position du chariot par rapport à la verticale. Dans la forme de réalisation montrée schématiquement sur la figure 10, l'avion A dont la centrale de cap est à recaler est fixe. Il comporte, derrière un hublot, deux miroirs 101 et 102 inclinés l'un par rapport à l'autre et formant un angle obtus autour de leur intersection 103. L'appareillage au sol 104 comprend un appareil de mesure 105 fournissant un faisceau laser de balayage 106. Au cours du balayage, le faisceau laser se réfléchit lorsqu'il est dans la position 107 sur le miroir 101 suivant un faisceau 108 qui coupe une droite fixe 109 de l'appareillage 104 en un point 110. Lorsqu'il est dans la direction 111, le faisceau balayant se réfléchit sur le miroir 102 suivant un faisceau 112 qui coupe la droite 109 en un point 113.On détermine la distance D1 entre un point fixe 114 de l'appareillage et le point 110, la distance D2 entre le point 114 et le point 113, l'angle a entre la direction de la droite 109 et la direction 107, l'angle 6 entre la direction de la droite 109 et la direction 111, l'angle fixe ss entre les directions 108 et 112 et qui dépend du calage des miroirs 101 et 102. A partir de ces diverses mesures, on détermine le cap vrai de l'avion A. On se réfère maintenant à la figure 11 relative à une autre forme de réalisation. Dans cette forme de réalisation, l'appareil 120 émet un faisceau laser balayant 121 et l'avion A porte, alignés sur une droite 122 parallèle à son axe longitudinal ou faisant un angle connu avec celui-ci, trois catadioptres trièdriques 123, 124, 125. L'appareil 120 permet la détermination de l'angle a que fait avec une direction D le faisceau laser balayant 121 lorsqu'il rencontre le catadioptre 123, comme montré en 126, de l'angle ss que fait le faisceau laser, comme montré en 127, quand il rencontre le catadioptre 124, avec la direction 126 et de l'angle y entre le plan 128 de rencontre avec le catadioptre 125 et le plan 127. La connaissance de ces trois valeurs ainsi que du rapport entre la distance 11 séparant le catadioptre 124 du catadioptre 125 et la distance 12 séparant le catadioptre 123 du catadioptre 124, permettent la détermination du cap de l'avion. Sur le diagramme de la figure 12 > on a montré les impulsions 1 et 2 analogues à celles fournies dans la forme de réalisation décrite initialement et les impulsions a, b, c fournies par la réflexion sur les catadioptres. Dans la forme de réalisation montrée sur la figure 13, l'installation comprend un premier appareil 131 à générateur de faisceau laser, tambour à miroirs tournant et cellule sensible, ainsi qu'un second appareil 132, également avec générateur de laser3 tambour tournant à miroirs et cellule sensible. L'avion, fixe devant l'appareillage 133 qui comprend les deux appareils 131 et 132, porte deux catadioptres 134 et 135, par exemple disposés parallèlement à l'axe longitudinal de l'avion. L'appareil 131 permet la détermination des angles al et B1 que font les droites reliant un point de l'appareil 131 aux catadioptres 134 et aux catadioptres 135 avec la droite 136 reliant le point 137 caractéristique de la position de l'appareil 131 à un point homologue 138 de l'appareil 132. De même, l'appareil 132 permet la détermination des angles a2 et 132 que font les droites 138, 135 et 138, 134 avec la droite 136. Le cap de l'avion est une fonction des angles cxl, B1, a2, 132. il est fourni par un calculateur dans lequel on introduit également le cap de la droite 136. La détermination du cap réel de l'avion se fait avec une grande précision sans qu'il soit nécessaire que la distance des catadioptres 134 et 135 sur l'avion soit connue avec une précision extreme. Dans toutes ces réalisations, un calculateur est prévu pour commander un dispositif d'affichage sur lequel s'inscrit la valeur du cap réel de l'avion. Cette inscription est lue par le pilote de l'avion qui peut ainsi corriger la centrale de cap de son avion. Dans le cas de l'application à un avion sur porte-avions, le calculateur tient compte de la valeur du roulis et du tangage au moment de la mesure et qui lui sont connus par la centrale du porte-avions. REVENDICATIONS 1.- Installation pour la détermination du cap réel d'un avion avant son envol, caractérisée en ce qu'elle comprend, extérieur à l'avion, un appareillage à faisceau laser à balayage périodique et sur l'avion un dispositif catadioptrique, l'appareillage extérieur à l'avion comprenant une cellule sensible permettant la détermination de l'angle de la direction du faisceau laser lorsque celui-ci est réfléchi par le dispositif catadioptrique de l'avion avec la direction du faisceau laser lorsque celui-ci est réfléchi sur un miroir fixe de l'appareillage. 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'appareillage comporte deux miroirs fixes placés dans le champ balayé, à proximité des limites du balayage. 3.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'appareillage fournit un faisceau laser étroit en section horizontale mais plus étendu en section verticale pour la couverture d'un miroir catadioptrique que comporte l'avion. 4.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le miroir porté par l'avion est catadioptrique suivant un plan vertical. 5.- Procédé pour la détermination du cap d'un avion, carac térisé en ce qu'on fait rouler l'avion devant un appareil générateur de faisceau laser à balayage périodique, l'avion comportant un miroir catadioptrique et qu'on repère la position angulaire du faisceau laser lorsque le miroir catadioptrique devient opératoire à l'égard de ce faisceau. 6.- Procédé pour la détermination du cap d'un avion immobile, caractérisé en ce qu'on détermine la position angulaire de l'axe longitudinal de l'avion par rapport à une référence sur le sol grâce à un appareillage mobile de mesure à faisceau laser balayant coopérant avec un miroir catadioptrique porté par l'avion. 7.- Installation pour la détermination du cap d'un avion immobile suivant la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un appareillage de mesure mobile sur le sol à générateur de faisceau laser balayant et sur l'avion, deux miroirs décalés angulairement l'un par rapport à l'autre coopérant avec ledit faisceau. 8.- Variante de l'installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'avion comprend trois catadioptres alignés propres à coopérer avec le faisceau laser pour des mesures angu laires à partir de l'appareillage à faisceau laser balayant. 9.- Variante de l'installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'appareillage au sol comprend deux appareils à faisceau laser balayant et l'avion est équipé de deux catadioptres propres à coopérer avec l'un et l'autre des faisceaux laser des deux appareils pour des mesures de triangulation.