Brevet FR2257967A1 — publié le 19750808

La présente invention est relative à un simulateur de vol d'aéronef fixé au sol et, en particulier, a pour objet un dispositif simulateur de mouvements de cabine d'aéronef à six degrés de liberté. En vue de perfectionner l'entralnement des pilotes ou de l'équipage d'un aéronef dans les simulateurs de vol, on cherche à améliorer sans cesse la finesse de la simulation dans tous les domaines et, en particulier, dans celui qui concerne la simulation des mouvements de la cabine de pilotage. Les dispositifs qui simulent les mouvements de cabine doivent être capables de reproduire les sensations physiologiques qu'éprouve un pilote au cours des différents mouvements qu'un aéronef peut exécuter pendant son vol. Cette qualité est conditionnée par une bonne simulation dynamique des mouvements de l'aéronef et par les caractéristiques du mouvement de cabine lui-même, c'est-à-dire débattements, vitesses, accélérations possibles. Les premiers appareils de simulation possédaient seulement un, deux, ou trois degrés de liberté, ce qui permettait de simuler, dans ce dernier cas, les mouvements de tangage, de roulis et de déplacement vertical. Dans la mesure où l'on désire restituer, dans un simulateur de vol, la totalité des impressions de mouvements ressenties par l'équipage, il faut simuler des mouvements selon six degrés de liberté, donc produire en plus des trois mouvements précédents, un mouvement de rotation (lacet), deux mouvements linéaires de translation (latéral et longitudinal) ainsi que toute combinaison des six mouvements. Dans ce but, on se sert en général d'un dispositif comprenant une plateforme mobile sur laquelle est fixée la cabine de pilotage. Celle-ci peut être soit du type supporté soit du type suspendu. Les organes moteurs de ces plate-formes sont le plus souvent des servoverins hydrauliques. L'objet de la présente invention est un dispositif simulateur de mouvement basé sur l'utilisation de six vérins suspendus. Ce dispositif possède un ensemble de caractéristiques qui lui donnent une supériorité par rapport à des équipements antérieurs, notamment en ce qui concerne : les performances élevées pour les débattements, vitesse et accélération ; l'excellente utilisation des organes moteurs : les six servovérins sont identiques et travaillent dans des conditions identiques ; la sécurité du dispositif qui, en cas de défaillance des alimentations électriques, hydrauliques ou de rupture d'un organe, trouve naturellement une position de repos stable et sûre ; la position de repos facilitant l'accès à la cabine de pilotage ; l'excellente accessibilité pour le personnel de maintenance à tous les organes de simulation logés dans la soute.Ce dispositif comprend - un portique à trois pylones dont les sommets sont réunis par des poutrelles, lesdites poutrelles portant six points dans un même plan parallèle qui sont répartis aux sommets d'un hexagone, - une plate-forme en position au-dessus du sol et en dessous du portique ayant trois points dans un même plan disposés aux sommets d'un triangle équilatéral, - six servovérins hydrauliques linéaires ayant chacun une extrémité reliée en haut à un des six points du portique et les autres extrémités des verins étant reliés aux trois points de la plate-forme. - une cabine de pilotage d'aéronef montée sn laite Blat2-form*. Selon une caractéristique de l'invention le dispositif simulateur est caractérisé en ce que chaque point de la plate-forme est relié aux extrémités respectives de deux servoverins dont les deux autres extrémités sont reliées a deux points situés aux bouts opposes de la poutrelle la plus voisine dudit point de la plate-forme. Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif simulateur est caractérisé en ce qu'il est prévu que les trois points sur la plate-forme et les six points sur les poutrelles du portique définissent les sommets d'un octa èdre dont une face est hexagonale, quatre faces sont triangulaires et trois faces sont trapézoïdales. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'a titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente une vue en perspective du dispositif simulateur de mouvements de cabine dkn aéronef. La figure 2 représente une vue en perspective du type de joint articule utilisé pour relier la plate-forme aux verins hydrauliques. La figure 3 montre une vue en perspective d'un autre type de joint articulé qui relie les verins au haut du portique. Ce dispositif comprend un portique 10 à trois pylones 11, 12, 13 qui sont de même hauteur et qui sont fixés solidement au sol. Chaque pylone est constitué par deux montants (par exemple lia et 11b) qui sont reliés entre eux de façon rigide. Ces pylones ont tous une forme en triangle isocèle dont la base est fixée au sol et dont toutes les bases sont situées dans un même plan horizontal. Leurs sommets sont reliés par trois poutrelles 14, 15, 16 qui forment les cotés d'un triangle équilatéral. Les coins entre poutrelles adjacentes sont renforcés par les goussets 17, 18, 19 et les poutrelles 14, 15, 16 sont reliées entre elles de plus par un treillis métallique (non représenté). De cette façon la charpente du portique 10 résiste à la déformation quand elle est soumise à la charge de la plate-forme 20 et de la cabine 21 de pilotage. Les poutrelles 14, 15, 16 portent six points 22, 23, 24, 25, 26, 27 dans un même plan parallèle au sol et qui sont répartis aux sommets d'un hexagone. La plate-forme 20 est constituée par un cadre rigide formé de trois poutrelles 28, 29, 30 de longueur identique. Ces poutrelles sont orientées respectivement faces aux pylones 11, 12, 13 au moins dans la position de la plate-forme 20 où une meme longueur des tiges 31, 33, 35, 37, 39, 41 est sortie respectivement des six servo-verins 32, 34, 36, 38, 40 > 42. Un treillis métallique (non représenté) renforce le cadre et sert comme support à la cabine de pilotage 21 d'un aéronef.Le centre de gravite de cette cabine est de preférence situez sur 1'orthocentre de la plate-forme 20 triangulaire. La figure 1 montre une cabine 20 avec son nez 20a et sa ported'accès 20b orientée selon un axe OX. Cette plate-forme possède trois points 43, 44, 45 dans un meme plan disposés aux sommets d'un triangle équilatéral. Les six servo-verins hydrauliques linéaires (32 à 42) sont reliés en haut respectivement aux six points 22 à 27 disposés sur les poutrelles 14, 15, 16 et en bas aux trois points 43, 44, 45 de la plate-forme 20. Ces servoverins hydrauliques sont de préférence du meme type. Ce dispositif est caractérisé entre autres en ce que chaque point respectif de la plate-forme 20 est relie aux extrémités respectives de deux tiges de servoverins dont les deux autres extrémités sont reliées à deux points situées aux bouts opposés de la poutrelle la plus voisine dudit point de la plate-forme. Par exemple le point 45 est relié aux deux points 23 et 27 au moyen des verins 40 et 42 et de leurs tiges 39 et 41. Il est préférable que les servoverins hydrauliques aient leurs tiges orientées vers le bas de façon que'les extrémités des verins attachés aux trois points 43, 44, 45 de la plate-forme 20 soient alors celles de leurs tiges. Les dimensions de la plate-forme 20 sont prévues de façon que ses angles à pans coupés dépassent légèrement l'aplomb des bords extérieurs des poutrelles 14, 15, 16 et que les trois points 43, 44, 45 soient respectivement situés à 1' aplomb du milieu des poutrelles 14, 15, 16. On peut constater que dans cet exemple de réalisation il est prévu que les trois points 43, 44, 45 de la plate-forme 20 et les six points 22, 23, 24, 25, 26, 27 sur les poutrelles 14, 15, 16 du portique 10 définissent les sommets d'un octaèdre dont une face est hexagonale, quatre faces sont triangulaires et trois faces sont trapézoldales. D'autre part on peut observer que si les six servoverins hydrauliques 32, 34, 36, 38, 40, 42 ont tous leurs tiges sorties respectivement d'une meme longueur la position de la plate-forme 20 par rapport au haut du portique 10 est telle que la projection de I'orthocentre du triangle équilatéral, formé par les trois points 43, 44, 45 de la plate-forme 20, sur le plan de l'hexagone, formé par les six points 22 à 27 sur les poutrelles 14, 15, 16, coincide avec le point d'intersection des médiatrices de l'hexagone. La figure 2 représente une vue en perspective du type de joint articulé utilisé pour relier respectivement les six tiges 31 à 41 des verins aux points 43, 44, 45 de la plate-forme 20. A titre d'exemple on a représenté celui qui relie le point 44 aux extrémités des tiges 35 et 37 des verins 36 et 38. Ce type de joint articulé possède trois axes de rotation 46, 47, 48 mutuellement perpendiculaires. Le premier axe de rotation 46 est logé dans la partie angulaire de la plateforme 20 à l'endroit du point 44 et est monte perpendiculairement à celle-ci 20. L'extrémité de ce premier axe est solidaire d'une première chape 49 en forme d' U qui porte le deuxième axe de rotation 47 qui est monté perpendiculairement au premier axe 46. Le deuxième axe de rotation 47 passe dans la base d'une deuxième chape 50 en forme d'U qui est porteur d'un troisième axe de rotation 48 qui est perpendiculaire aux deux axes 46 et 47. Les deux extrémités des deux tiges 35 et 37 des verins 36 et 38 se terminent respectivement par des pièces rainurées 51 et 52 qui s'interpénètrent et dans lesquelles passe le troisième axe de rotation 48. Pour fixer les verins 32 à 42 aux six points 22 à 27 de l'hexagone tracées sur les poutrelles 14, 15, 16 du portique 10 on utilise de préférence des joints articulés dont le genre est représenté par la figure 3. On a représenté à titre d'exemple celui fixé sur la poutrelle 14 côté du gousset 17 au point 22. Ce joint articul6 comprend un support 57 fixé à la poutrelle 14 à l'endroit du point 22. Les deux ailes 58 et 59 triangulaires du support 57 portent au moyen de paliers (non représentés) les extrémités respectives des demi-axes de rotation 53a et 53b dont les deux autres bouts sont attachés respectivement à la pièce 56. Celle-ci est en forme de parallélépipède rectangulaire et comporte une fente longitudinale 60. Une tige plate 55 formant ltextrémité supérieure du verin 32 peut pivoter dans cette fente 60 grâce à un axe de rotation 54 qui passe par les flancs de la pièce 56. Les deux demi-axes de rotation 53a et 53b sont montés de façon à être perpendiculaires à l'axe de rotation 54. La plate-forme 20 représenté par la figure 1 est supposé dans une position à mi-hauteur des pylones 11, 12 et 13 et parallèle au sol. Ce dispositif à plate-forme mobile est capable de simuler toutes les six accélérations de rotation et de translation subies par un pilote à bord d'un aéronef. Une accélération suivant l'axe vertical Z sera obtenue par une variation identique en longueur des six tiges des six servoverins 32, 34, 36, 38, 40 et 42. Un mouvement accéléré de roulis peut être obtenu par la combinaison suivante: les verins 40 et 42 sont immobiles tandis que les tiges 31 et 33 des verins 32 et 34 varient identiquement dans le même sens et que les tiges 35 et 37 des verins 36 et 38 varient de la meme longueur mais dans le sens opposé aux tiges 31 et 33. Un mouvement accéléré de tangage sera obtenu par une variation identique des tiges des verins 40 et 42 et d'une autre variation identique mais de sens opposé des tiges des verins 32, 34, 36 et 38. Un déplacement ou une accélération longitudinale sera obtenu au moyen de l'avance des tiges des verins 32 et 38 en meme temps que s'effectue le retrait des tiges 33 et 35 des verins 34 et 36 et, d'abord un certain retrait, puis une avance des tiges 39 et 41 des verins 40 et 142. Un déplacement accéléré latéral de la cabine d'avion par exemple selon la direction OX peut etre simulé en agissant sur la commande des verins 42, 32, 34 pour faire avancer leurs tiges 41, 31, 35 et sur celle des verins 34, 38, 40 pour faire reculer leurs tiges 33, 37, 39. Un mouvement de lacet autour du centre de gravité O peut etre simulé par exemple dans le sens de marche de l'aiguille d'une montre en faisant avancer les tiges des verins 32, 36, 40 et reculer les tiges.des verins 42, 34, 38. Ces six verins hydrauliques 32 à 42 peuvent être tous d'un meme type connu antérieurement et ils peuvent etre actionnés par des servovalves (non représentées). Des capteurs de position et de pression (non représentées) sont reliés mécaniquement et électriquement en vue de pouvoir mesurer les positions et les pressions dans les chambres des servoverins 32 à 42. Les six servoverins 32, 34, 36, 38, 40, 42 peuvent etre commandés sélectivement soit pour imprimer un mouvement simple quelconque à la plate-forme 20 et à la cabine 21 soit pour lui imprimer un mouvement combiné résultant de la combinaison d'un nombre quelconque des six possibilités de mouvements du dispositif. Le calcul simultané des signaux d'entrée pour commander séleetivement les servoverins 32, 34, 36, 38, 40, 42 peut etre résolu facilement au moyen de techniques bien connus en utilisant des calculateurs soit du type analogique soit du type digital ou encore différents types hybrides. Les circuits électriques, hydrauliques et de graissage (non représentés) sont branchés sur des sources situées au sol et ils sont canalisés le long des montants lia et llb et des poutrelles 14, 15, 16 du portique 10 et raccordes aux différents organes de commande du dispositif et en particulier à ltéquipement de la cabine de pilotage. Cette cabine 21 est équipé de tous les instruments de bord nécessaire à un poste de pilotage d'aéronef ou qui simulent de tels instruments de bord. Il n'est pas utile dans le cadre de l'invention de citer tous ces instruments qui sont par ailleurs parfaitement connus. Ce dispositif bénéficie des avantages des mouvements du type "suspendu" c'est-à-dire de la possibilité d'utiliser six verins 32 à 42 de grande course. Dans cet exemple de réalisation on a prévu des verins de 2m80 de course. Chacun des verins fournit une part variable des efforts nécessaires pour assurer les accélérations. Ceci permet d'utiliser des vérins de section plus faible d'o la possibilité de produire des vitesses et accélération supérieures avec les mêmes servovalves. La masse équivalente ramence au niveau de la tige du servovérin est plus faible que dans le cas des systèmes à vérin unique par axe, ce qui permet une augmentation de la fréquence propre du servovérin, donc une bande passante supérieure. Un avantage de la géométrie retenue est que les débattements de la plateforme sont supérieurs aux courses des vérins. Far exemple, dans le cas des vérins 40 et 2, le point 48 45 d'articulation se déplacera pour un mouvement vertical ae 'ìm= si e deux tiges des vérins 40 et 42 sont sorties chacune de 2m80. L'effet est encore plus sensible dans les mouvements longitudinal et latéral pour lesquels les débattements sont au moins égaux à 4m50. On peut observer que la sécurité est assurée même dans le cas de la rupture d'un servovérin, la plate-forme trouvant alors nature sans ar.e ) tion d'Y quilibre sûre. Bien que le présent dispositif de simulation ait été décrit pour simuler les mouvements de cabine de gros avions de transport, il est évident que ce dispositif peut être adapté facilement à tout autre type d'aéronef ou même de véhicule et on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif simulateur de mouvements de cabine de pilotage d'aéronef Ca- pable de communiquer à une cabine de pilotage d'avion des mouvements selon six degrés de liberté et en particulier des accélérations de translation verticale, latérale et longitudinale, ainsi que des accelérations angulaires de roulis, de tangage, de lacet et toutes ces accélérations pouvant être appliquées en toutes combinaisons désirées, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - un portique à trois pylones dont les sommets sont réunis par des poutrelles lesdites poutrelles portant six points dans un même plan parallèle au sol et qui son répartis aux sommets d'un hexagone. - une plate-forme en position au dessus du sol et en dessous du portique ayant trois points dans un même plan disposés aux sommets d'un triangle équilatéral. - six servoverins hydrauliques linéaires ayant chacun une extrémité reliée en haut à un des six points du portique et les autres extrémités des verins-reliés aux trois points de la plate-forme. - une cabine de pilotage d'aéronef montée sur ladite plate-forme. 2. Dispositif simulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque point de la plate-forme est relié aux extrémités respectives de deux servoverins dont les deux autres extrémités sont reliées à deux points situés aux bouts opposés de la poutrelle la plus voisine dudit point de la plateforme. 3. Dispositif simulateur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est prévu que les trois points sur la plate-forme et les six points sur les poutrelles du portique définissent les sommets d'un octaèdre dont une face est hexagonale, quatre faces sont triangulaires, trois faces sont trapézoldales. 4. Dispositif simulateur selon l'une des revendications précédentes 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il est prévu que pour un allongement égal des six verins la projection de l'orthocentre du triangle équilatéral, formé par les trois points de la plate-forme, sur le plan de l'hexagone, formé par les six points sur les poutrelles, coincide avec le point d'intersection des médiatrices de l'hexagone. 5. Dispositif simulateur selon l'une des revendications précédentes : 1, 2, 3 et 4 caractérisé en ce que chacun des trois points de la plate-forme est relié aux deux extrémités de tiges de deux servoverins au moyen d'un joint articulé à trois axes de rotation mutuellement perpendiculaires. 6. Dispositif simulateur selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, carac térisé en ce que les six points portés par les poutrelles du portique sont relie aux extrémités des servoverins au moyen de joints articulés a deux axes de rotation mutuellement perpendiculaires.