Brevet FR2373846A1 — publié le 19780707

L'invention, due à Monsieur Jean PRECICAUD, est relative à un dispositif de projection de l'horizon pour un simulateur d'aéronef. On sait qu'un simulateur d'aéronef est destiné à l' & trai- nement, au sol, des pilotes et vise à restituer, le mieux possible, les conditions de vol et les impressions ressenties par les pilotes. L'invention a pour but, surtout, de rendre le dispositif de projection de l'horizon tel qu1il réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment qu'il améliore l'effet de simulation et les performances obtenues avec le simulateur. Selon l'invention, un dispositif de projection de l'horizon pour simulateur aéronef est caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison, - une image, notamment plane, formant une représentation aérienne d'une partie de la surface terrestre - des moyens optiques de projection de l'image sur une surface sphérique concave, ces moyens optiques de projection comportant un système optique à grandissement variable, et une optique grand angulaire propre à projeter l'image sur la surface sphérique concave ; - un dispositif de balayage permettant de déplacer la projection de l'image sur la surface sphérique concave ; - des moyens de rotation, prévus pour permettre la rotation de la projection-de l'image autour de son centre ;; - et des moyens de commande sensibles au cap, à l'attitude et à l'altitude de l'aéronef affichés par le pilote1 prévus pour agir sur les moyens de rotation de projection de l'image, sur le grandissement du système optique à grandissement variable et sur le dispositif de balayage pour donner à la projection de l'horizon la position et les dimensions correspondant aux évolutions de l'aéronef affichées par le pilote, ce dernier étant installé à l'intérieur de la surface sphérique concave. Les moyens optiques à grandissement variable sont commandés de manière telle que lorsque le pilote, installé dans le simulateur, commande un passage sur le dos de l'aéronef, la variation d'altitude apparente qui serait due au décalage entre les yeux du pilote et l'optique grand angulaire soit compensée. Les moyens de rotation de la projection de l'image sur la surface sphérique sont commandés en liaison avec les changements de cap de l'aéronef. Les moyens de rotation de la projection de l'image peuvent comprendre des moyens mécaniques propres à faire tourner l'i mage elle-même autour de son axe dans dans ce cas l'image est montée sur une platine rotative entraînée par l'intermédiaire d'un servo-mécanisme, autour de son axe. La rotation est commandée par des moyens de calcul en fonction des évolutions en cap de l'aéronef. Selon une variante, les moyens de rotation de la projection de l'image comprennent un dispositif optique du genre prisme de Wollaston, disposé sur le trajet des rayons lumineux, et propre, par rotation autour de l'axe des rayons lumineux, à provoquer la rotation de la projection de l'image autour de son centre, l'image elle-même restant fixe. La rotation du dispositif optique (prisme de Wollaston) est également assurée par un servo-mécanisme commandé par des moyens de calcul, en fonction des évolutions en cap de l'aéronef. Le dispositif de balayage est avantageusement un dispositif optique de balayage comprenant deux miroirs ou prismes à réflexion totale disposés de manière à faire subir au faisceau lumineux deux réflexions successives avec changement de direction à 90 ; le premier prisme ou miroir est monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe du faisceau incident, le susdit premier prisme, au cours de cette rotation, étant mécaniquement solidaire du second prisme (ou miroir) et de l'optique grand angulaire, l'ensemble tournant ainsi autour de l'axe du faisceau incident ; le second prisme est monté de manière à pouvoir tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation du premier prisme, l'optique grand angulaire tournant également avec ce second prisme mais, le premier prisme restant par contre immobile lors de la rotation du second prisme (ou miroir). Ce dispositif optique de balayage permet de faire parcourir un domaine sphérique à l'axe des rayons lumineux. Les mouvements de rotation des deux prismes (ou deux miroirs)sont assurés par des servo-mécanismes commandés par un calculateur en fonction des évolutions simulées de l'aéronef. Le système optique à grandissement variable est avanta geusement constitué par un zoom dont les variations de grandissement sont commandées par un calculateur, en fonction des évolutions de l'aéronef, notamment en fonction de l'altitude de l'aéronef et de son passage en vol sur le dos (tonneau). L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation particulier décrit avec référence aux dessins ci-annexés mais qui n'est nullement limitatif. La figure 1, de ces dessins, montre schématiquement une vue d'ensemble d'un simulateur équipé d'un dispositif de projection selon l'invention. La figure 2, enfin, est un schéma du dispositif de projection de l'horizon. En se reportant à la figure 1, on peut voir un simulateur 1 d'aéronef comprenant une portion 2 de la cabine de l'aéronef considéré, placée à l'intérieur d'une sphère 3. Le pilote est installé dans la portion de cabine de telle sorte que ses yeux O soient situés sensiblement au centre de la sphère 3, ou au voisinage de ce centre. La portion de cabine 2 peut être montée fixe à l'intérieur de la sphère 3. On peut indiquer, à titre exemple non limitatif, que le diamètre de la sphère 3 est de l'ordre de 5 à 10 mètres. Pour donner au pilote une impression aussi voisine que possible de l'impression ressentie dans l'aéronef en vol réel, on prévoit un dispositif de projection P de l'horizon sur la surface intérieure sphérique concave 3a de la sphère 3. On comprend qu'en assurant, à l'aide du dispositif de projection P, les déplacements du contour d'horizon terrestre séparant le ciel de la terre en réponse aux actions exercées par le pilote sur les commandes de cap, d'attitude et d'altitude de l'aéronef, on peut restituer au pilote une impression voisine de la réalité. Comme visible sur la figure 2, le dispositif de projection P comprend une image 4, notamment plane, formant une représentation d'une partie de la terre telle que vue d'avion. Cette image 4 peut être une image synthétique, reconstituée artificiellement, et formée de taches colorées délimitées par un contour 5, sensiblement circulaire, dont les bords sont crénelés de la manière dont une ligne montagneuse lointaine peut apparaître aux yeux du pilote. Ce contour crénelé 5 permet d'améliorer la sensation de changement de cap de l'aéronef. L'image 4 de la terre apparait sur un fond noir. Cette image 4 est avantageusement obtenue par photographie sur une plaque de verre 6 Cette plaque 6 est montee sur une platine 7 permettant une rotation de l'image 4 autour de son axe, par l'intermédiaire d'un servo-mécanisme d'entraînement 8. La rotation de la platine 7 est commandée par des moyens de calcul 9 en fonction des évolutions en cap de l'aéronef. Ces évolutions en cap sont commandées par le pilote qui agit sur une commande 10 appropriée. En arrière de la plaque de verre 6 est prévu un dispositif d'éclairage Il de l'image 4. Le dispositif P comprend, en outre, des moyens optiques de projection 12, de l'image 4 sur la surface sphérique 3a. Ces moyens optiques comportent un système optique 13 à grandissement variable disposé, par exemple, entre deux lentilles 14, 15, la lentille 14 étant elle-même disposée entre le système optique 13 et l'image 4. Le système optique 13 à grandissement variable est avantageusement constitué par un zoom ; les variations de grandissement du système optique 13 sont commandées à partir du calculateur 9 selon les évolutions de l'aéronef. La lentille 15 située à la sortie du zoom 13 focalise les rayons lumineux, en provenance de l'image 4, dans le plan focal 16 d'une optique de projection grand angulaire 17 appelée communément "fish eye". Les rayons lumineux, entre la lentille 15 et le plan focal 16, traversent un dispositif optique de balayage 18 propre à faire parcourir à l'axe A, des rayons lumineux de la projection de l'image, un domaine sphérique. Plus précisément, cet axe A pourra tourner sensiblement autour d'un point fixe 26 (fig. 1) et balayer, en pivotant autour de ce point, un angle solide voisin de 4 jar . Le dispositif de balayage est formé par une tourelle 19 dans laquelle sont prévus deux prismes 20, 21, à réflexion totale selon la représentation de la fig. 2. Ces prismes sont disposés de manière à faire subir au faisceau lumineux deux réflexions successives avec changement de direction à 90 , à chaque réflexion. Il est évident que chaque prisme 20, 21 ou que les deux prismes pourraient être remplacés par un ou deux miroirs équivalents, inclinés à 45a. Autrement dit, l'axe du faisceau émergeant de la lentille 15 tombe avec une incidence de 45" sur la face réfléchissante 20a du premierprisme 20, l-'axe du faisceau réfléchi par cette face 20a tombe avec une incidence de 45" sur la face réfléchissante 21a du prisme 21. Le premier prisme 20 est monté dans un système mécanique permettant une rotation de ce prisme autour de l'axe x du faisceau incident. Cette rotation est commandée par un servomécanisme 22 entraînant une couronne dentée 23. Le second prisme 21 est monté dans un système mécanique qui est entraîné en rotation avec le premier prisme 20 autour de l'axe x ; l'optique grand angulaire 17 est également supporté par ce système mécanique de manière à tourner avec le prisme 21, autour de l'axe x lors de la rotation du prisme 20 commandé par le servo-mécanisme 22. Ce second prisme 21 (ou miroir) ainsi que l'optique grand angulaire 17 sont, en outre, montés de manière à pouvoir tourner par rapport au prisme 20 autour d'un axe perpendiculaire à l'axe x et correspondant à l'axe du faisceau lumineux qui tombe sur le prisme 21. La rotation du prisme 21 et de l'optique 17, par rapport au prisme 20, est assurée par un servo-mécanisme 24 attaquant une couronne dentée 25. Ce servo-mécanisme 24, lors du mouvement d'ensemble commandé par le servo-mécanisme 22 autour de l'axe x est lui-même entraîné en rotation avec le prisme 21 et l'optique 17 autour de l'axe x. Les rotations conjuguées des deux prismes 20, 21, permettent à l'axe A de balayer entièrement le domaine sphérique. Les mouvements de rotation des prismes 20, 21, sont commandés depuis le calculateur 9 en fonction des évolutions de l'aéronef, c'est-à-dire en fonction de l'action du pilote sur les commandes 10a, lOb propres à modifier l'attitude et l'altitude de l'aéronef. L'optique de projection grand angulaire 17 ayant une distance focale très faible par rapport au rayon de la sphère sur laquelle est projetée l'image 4, on comprend que l'image intermédiaire de l'image 4 avant sa projection par le grand angulaire 17, doit être formée pratiquement dans le plan focal 16 de ce grand angulaire. Cette optique 17 grand angulaire permet à la projection de l'image d'occuper un champ angulaire pouvant atteindre 2200. Le dispositif optique de balayage représenté sur la figure 2 et décrit ci-dessus, permet de déplacer la projection de l'image sur toute la surface sphérique concave. Il est à noter que si le champ angulaire de l'optique grand angulaire 17 couvrait une partie suffisante de la surface sphérique concave, on pourrait maintenir fixe par rapport à la sphère, l'optique grand angulaire 17 et s'affranchir de la tourelle 19. Le dispositif de balayage pourrait alors consister, simplement, en des moyens de déplacement de l'image 4 suivant des directions transversales par rapport à l'axe x. Ces déplacements transversaux de l'image 4 se traduiraient, au niveau de la projection de l'image par le grand angulaire 17 par des déplacements de cette image sur la surface sphérique concave. I1 est clair, cependant, qu'en raison de l'immobilité de l'optique 17, selon cette variante, la surface sur laquelle l'image 4 pourrait se déplacer serait limitée à la surface comprise dans le champ angulaire de l'optique 17. A l'arrière de l'optique de projection grand angulaire, et dans le cas de la réalisation de la figure 2, à l'arrière du prisme 21, une lampe d'éclairage 27 est prévue pour éclairer, par exemple d'une lumière bleue, la partie de la surface sphérique sur laquelle n'est pas projetée l'image de la terre, afin de figurer le ciel. En avant de cette lampe 27, comme schématiquement montré sur la figure 2, un cache 28, par exemple de forme conique est prévu pour empêcher l'éclairage par cette lampe de la zone de la surface sphérique sur laquelle se trouve la projection 4a.La lampe 27 et le cache 28 sont supportés, par des moyens mécaniques( non représentés), de telle sorte que leur axe soit confondu avec la direction de l'axe du faisceau tombant sur l'optique grand angulaire 17, et de telle sorte que ladite lampe 27 et le cache 28 soient entraînés, en rotation} avec le prisme 21 et l'optique 17. Le fonctionnement du dispositif de projection résulte immédiatement des explications précédentes. La projection da de limage 4 de la terre avec ses irré gularités, est observée par le pilote installé dans le simulateur. Cette projection va tourner autour de son axe en fonction des évolutions en cap de l'aéronef. Cette projection 4a va, en outre, se déplacer sur toute la surface sphérique intérieure en fonction de l'attitude de l'aéronef, ces déplacements étant essentiellement obtenus grâce au dispositif de balayage 18 commandé par le calcul a teur 9. Les variations d'altitude de l'aéronef sont traduites par une variation du grandissement du dispositif 13, de telle sorte que l'angle de vision, par le pilote, du contour terrestre projeté diminue lorsque l'altitude augmente et inversement. Ce résultat est obtenu en diminuant (ou en augmentant) le grandissement du zoom 13, de telle sorte que l'image intermédiaire formée dans le plan focal 16 de l'optique grand angulaire 17 diminue (ou augmente) ; l'angle de sortie du faisceau lumineux représentant le contour terrestre diminue (ou augmente) et l'image projetée est réduite (ou augmentée). Ltangle de vision du contour terrestre formé entre la verticale et une droite passant par le centre de l'oeil du pilote et s'appuyant sur le bord du contour diminue ou augmente. Le dispositif à grandissement variable 13 intervient, en outre, lorsque le pilote place son aéronef en vol sur le dos. En effet, il n'est pas possible, physiquement d'assurer la coïncidence entre les yeux du pilote O (figure 1) et le point de convergence 26 du faisceau de sortie de l'optique grand angulaire 17. Dans ces conditions, si, en vol normal, la projection 4a de l'image terrestre sur la surface sphérique 3a est vue sous un angle B1 par le pilote l'angle de projection à partir du point 26 est égal à D1. Ce dernier angle D1 est différent de B1. Lorsque le passage de l'aéronef en vol sur le dos est commandé, le dispositif de projection P va provoquer une rotation de 180C de L'image projetée 4a autour du point 26. L'image projetée se trouvera en 4'a. Elle sera toujours vue D2 = D1 sous un même angle / du point 26. Par contre, l'oeil O du pilote verra cette projection 4'a sous un angle B2 différent de l'angle B1, de telle sorte que si aucune correction n'était apportée, le pilote aurait une impression de variation impor tante d'altitude correspondant à la différence entre les angles B1 et B2. Le dispositif à grandissement variable 13 permet de modifier les dimensions 4'a, de telle sorte que cette image soit vue par l'oeil O sous le même angle B1. Ainsi, lorsque le pilote place son aéronef en vol sur le dos, la simulation de la réalité reste excellente puisque ce passage sur le dos ne s'accompagnera pas d'une variation brutale d'altitude qui fausserait la simulation. Il est à noter que le dispositif 13 à grandissement variable peut être de tout type approprié autre que l'exemple du zoom envisagé. Le dispositif 13 pourrait être formé par un ensemble de lentilles dont l'une au moins serait mobile axialement pour provoquer la variation du grandissement de l'ensemble du système. Il est à noter également que le simulateur comprend des dispositifs de projection optique permettant de projeter, sur la surface sphérique concave 3a, tout mobile entrant dans le champ de vision du pilote. Le dispositif de projection conforme à l'invention permet un déplacement de l'image projetée de l'horizon sur toute la surface intérieure 3a d'une sphère ; il permet, en parti culiez, de simuler un vol sur le dos (tonneau). Les performances de ce simulateur sont donc intéressantes. Les déplacements de la projection de l'image sur la surface sphérique concave sont obtenus essentiellement avec des moyens optiques, de telle sorte qu'il n'y a pas d'ombres parasites immobiles,apparaissant sur la surface intérieure de la sphère. De telles ombres parasites immobiles réduiraient l'effet de simulation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de projection de l'horizon pour un simulateur d'aéronef, caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison - une image, notamment plane, formant une représentation aérienne d'une partie de la surface terrestre - des moyens optiques de projection de l'image sur une surface sphérique concave, ces moyens optiques de projection comportant un système optique à grandissement variable, et une optique grand angulaire propre à projeter l'image sur la surface sphérique concave - un dispositif de balayage permettant de déplacer la projection de l'image sur la surface sphérique concave - des moyens de rotation, prévus pour permettre la rotation de la projection de l'image autour de son centre - et des moyens de commande sensibles au cap, à l'attitude et à l'altitude de l'aéronef affichés par le pilote, prévus pour agir sur les moyens de rotation de projection de l'image, sur le grandissement du système optique à grandissement variable et sur le dispositif de balayage pour donner à la projection de lthorizon la position et les dimensions correspondant aux évolutions de l'aéronef affichées par le pilote, ce dernier étant installé à l'intérieur de la surface sphérique concave. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens optiques à grandissement variable sont commandés de manière telle que, lorsque le pilote, installé dans le simulateur, commande un passage sur le dos de l'aéro- nef, la variation d'altitude apparente qui serait due au décalage entre les yeux du pilote et 1 'optique grand angulaire soit compensée. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de rotation de la projection de l'image sur la surface sphérique sont commandés en liaison avec les changements de cap de l'aéronef. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de rotation de la projection de l'image comprennent des moyens mécaniques propres à faire tourner l'image elle-même autour de son axe, cette image étant- notamment montée sur une platine rotative entraînée par l'intermédiaire d'un servo-mécanisme, autour de son axe. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de balayage est un dispositif optique de balayage comprenant deux prismes à réflexion totale, ou miroirs, disposés de manière à faire subir au faisceau lumineux deux réflexions successives ou changement de direction à 90 , le premier prisme ou miroir étant monté de manière à pouvoir tourner autour de l'axe du faisceau incident, le susdit premier prisme ou miroir, au cours de cette rotationaétant mécaniquement solidaire du second prismewou miroir et de l'optique grand angulaire, le second prisme ou miroir étant monté de manière à pouvoir tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation du premier prisme ou miroir, l'optique grand angulaire tournant également avec ce second prisme ou miroir, de telle sorte que l'axe des rayons lumineux émergeant puissent parcourir un domaine sphétique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend à l'arrière de l'optique de projection grand angulaire et à l'arrière du second prisme ou miroir, une lampe d'éclairage pour éclairer, notamment d'une lumière bleue, la partie de la surface sphérique concave sur laquelle n'est pas projetée l'image de la terre, un cache étant avantageusement disposé devant cette lampe pour empêcher l'éclairage de la projection de l'image de la terre, la susdite lampe étant montée de manière à tourner avec le second prisme ou miroir. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que les mouvements de rotation des deux miroirs ou deux prismes sont assurés par des servomécanismes commandés par un calculateur en fonction des évolutions simulées de l'aéronef. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système optique à grandissement variable est constitué par un zoom dont les variations de grandissement sont commandées par un calculateur en fonction de l'évolution de l'aéronef, notamment en fonction de l'altitude de l'aéronef et de son passage en vol sur le dos. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la surface sphérique sur laquelle est projetée l'image est formée par la surface complète intérieure d'une sphère à l'intérieur de laquelle est placé le pilote, de manière telle que ses yeux se trouvent au voisinage du centre de la sphère.