Brevet FR2472735A1 — publié le 19810703

- 1 - Perfectionnenents aux dispositifs de visée stabilisée pour véhicules L'invention concerne un dispositif de visée stabilisée destiné à être monté sur véhicule, comportant un coeur muni d'un gyroscope et porté par un ensemble comprenant un premier équipage orientable autour d'un axe extérieur par un " teur d'orientation et un second équipage monté sur le premier de façon à pouvoir être orienté autour d'un axe intermédiaire, orthogonal à l'axe extérieur, par un moteur d'orienta- tion commandé par une boucle d'asservissement. Elle trouve une appli- cation particulièrement importante, bien que non exclusive, constituée par les dispositifs qui doivent travailler dans une plage importante d'orientation autour de l'axe intermédiaire. On peut notamment citer, à titre d'exemple, les viseurs pour tir anti-aérien destinés aux véhicules terrestres, les viseurs de nez ou de toit pour hélicoptères et les viseurs pour les navires susceptibles de prendre des mouvements d' amplitude importante. On connaît des dispositifs du genre ci-dessus défini dans lesquels le moteur d'orientation du premier équipage est commandé par une boucle d'asservissement. Dans ces dispositifs, un couple d'inertie C apparaît au niveau de l'axe extérieur, qui constitue généralement l'axe de gisement tandis que l'axe intermédiaire constitue alors l'axe de site. Ce couple C est de la forme C (I +1v) tg s ou I est le moment d'inertie du premier équipage autour de l'axe extérieur (axe de gisement); I est le moment d'inertie du coeur autour de l'axe de visée; c est l'accélération en rotation autour de l'axe de roulis; s est l'angle de site. Le couple C devient important dès que tg s devient notable, c'est-à-dire dès que le système s'écarte de la position canonique, pour laquelle l'axe de visée est orthogonal aux axes de pointage (axes de gisement et de site). Etant donné l'importance prise par le couple C aux angles de site élevés, l'étude du système et la détermina- tion de la résiduelle de stabilisation ne peuvent être faites que si les sollicitations auxquelles sera soumis le dispositif (notamment accélérations angulaires et fréquen- ces d'excitation) sont parfaitement connues, ce qui est loin d'être toujours le cas. 2- L'invention vise à fournir un dispositif de visée répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce que la stabili- sation est effectuée par un système qui reste toujours dans une position proche de la position canonique, quelle que soit l'orientation de la ligne de visée. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif dans lequel le coeur est monté sur le second équipage par un mécanisme d'orientation autour d'un axe intérieur situé dans un plan orthogonal à l'axe intermé- diaire, mécanisme commandé à partir des signaux fournis par le gyroscope par une boucle d'asservissement et le moteur d'orientation autour de l'axe extérieur est muni d'un système de recopie commandé par un détecteur des écarts angulaires de l'axe intérieur par rapport à la position canonique. Dans un tel dispositif, la stabilisation est obtenue en commandant les moteurs des boucles d'orienta- tion autour des axes intermédiaire et intérieur (moteurs de site et de latéral dans le cas le plus fréquent) direc- tement à partir des signaux fournis par le gyroscope, dont l'axe de spin est orienté suivant l'axe de visée. Un réseau correcteur sera prévu dans chaque boucle pour assurer la stabilité de l'asservissement. Au contraire, le moteur d'orientation du premier équipage est commandé par une simple chaine de recopie. Celle-ci doit répondre à une seule condition importante dans toutes les conditions de fonctionnement, elle doit avoir une constante de temps suffisamment faible pour que le débattement angulaire que prend le coeur autour del'axe intérieur soit faible, typiquement quelques degrés. Ainsi, les axes sensibles du gyroscope et les axes de rotation commandés par les moteurs d'asservissement restent toujours pratiquement co-linéaires et aucun réseau de com- pensation des variations du gain mécanique en fonction de l'élongation angulaire autour de l'axe intermédiaire (angle de site) n'est nécessaire. La boucle de recopie devra évidemment comporter un réseau de compensation des variations du gain mécani- -3- que en fonction de l'élongation angulaire autour de l'axe intermédiaire. Mais l'adjonction d'un tel réseau de compensation pose dans ce cas beaucoup moins de problèmes que lorsqu'on veut l'insérer dans une boucle de stabili- sation. En effet, une boucle de stabilisation doit être prévue pour obtenir une raideur maximum et une bande passante maximum, ce qui exige des gains élevés et des réseaux d'avance de phase. Au contraire, le gain de la chaîne de recopie peut être relativement faible. La disposition qui vient d'être décrite permet de réduire très sensiblement l'effet des couples importants qui apparaissent autour de l'axe extérieur. Pour améliorer encore les résultats obtenus, il convient de réduire l'amplitude du couple. L'accélération X et l'angle de site maximum s étant imposés, il ne reste plus possible que d'agir sur I et Iv. De façon à-diminuer Ig' on donnera avantageusement une structure inversée à l'ensemble coeur- second équipage. Au lieu de constituer ce dernier par une fourche et de placer le coeur entre les branches de la four- che, on incorporera les parties volumineuses du coeur dans des épanouissements placés de part et d'autre du second équipage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe montrant les composants d'un dispositif de pointage stabilisé suivant l'invention, - la figure 2 est une vue fantôme en perspective montrant une répartition possible des composants d'un dispo- sitif de pointage suivant l'invention, destiné à être utilisé en viseur de toit sur hélicoptère, - la figure 3 montre un montage possible du disposi- tif de la figure 2 sur un hélicoptère. Le dispositif de pointage montré en figure 1-com- porte un premier équipage 10, constitué par un cardan monté sur un boîtier Il fixe de façon à pouvoir tourner -4- autour d'un axe 12, qu'on supposera par la suite être l'axe de gisement. Le premier équipage 10, constituant cardan de gisement, porte un second équipage 13 par l'inter- médiaire de roulements disposés de façon que le second équipage puisse tourner autour d'un axe intermédiaire 14 perpendiculaire au premier et constituant axe de site. Le second équipage 13 porte le coeur 15 du dispositif de visée. Mais le coeur 15 n'est pas fixé sur le second équipage 13, mais il est porté par des palier de façon à pouvoir tourner autour d'un axe interne 16, qu'on appellera axe de latéral, situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de site 14, comme l'axe de gisement 12. Le gyroscope de stabilisation 17 est monté direc- tement sur le coeur 15. L'axe de spin du gyroscope est orienté suivant la direction 18 de la visée. L'un des axes d'entrée du gyroscope est orienté suivant l'axe de latéral 16 et l'autre d'entrée fait donc, avec l'axe de site 14; un angle égal à celui dont a tourné le coeur, autour de l'axe de latéral, par rapport à la position canonique. Le coeur 15 et le second équipage 13, constitué par un cardan de site, sont munis chacun d'une boucle de stabilisation, constituée par un circuit d'asservissement dont le détecteur est constitué par le gyroscope 17. La boucle de stabilisation en site comprend une électronique 19 de commande d'un moteur d'orientation en site 20. De façon similaire, la boucle d'asservissement en latéral comprend un circuit 21 qui reçoit des signaux d'entrée du gyroscope 17 et qui commande un moteur 22 d'orientation du coeur autour de l'axe de latéral. Comme on l'a indiqué plus haut, le dispositif doit être conçu de façon que le gyroscope 17 s'écarte peu de la position canonique, c'est-à-dire que les axes sensibles du gyroscope 17 restent toujours pratiquement parallèles aux axes d'action des moteurs de stabilisation 20 et 22. Pour atteindre ce résultat,-il faut faire tourner le premier équipage, c'est-à-dire le cardan de gisement , de façon que l'angle de rotation du coeur autour de l'axe de latéral 16 reste toujours très faible. Ce résultat -5- est atteint en munissant le premier équipage 10 d'une chaîne de recopie comportant un détecteur 23 des rotations du coeur 15 autour de l'axe de latéral, une électronique 24 et un moteur 25 d'orientation de l'équipage 10. Dans ces conditions, les déplacements angulaires du coeur 15 autour de l'axe de latéral 16 auront toujours une amplitude faible, typiquement limitée à quelques degrés. Dans la pratique, l'amplitude sera fréquemment inférieure au degré puisqu'elle correspond uniquement aux erreurs de recopie. La chaine de recopie doit évidemment comporter un réseau de compensation des variations du gain mécanique de la cinématique en fonction de l'angle de site. Mais cette adjonction est facile à réaliser étant donné que le gain de la chaîne peut être relativement faible, ce qui ne serait pas le cas d'une boucle de stabilisation. La constitution de la chaîne pourra être classique. Elle comportera généra- lement un senseur potentiométrique ou inductif 23, une chaîne de recopie à faible gain et à réseau de compensation et un moteur d'entraînement. L'ensemble de la chaîne peut être analogique et commander le moteur 25 par modulation de la largeur de créneaux de courant continu en fonction de l'angle mesuré. La boucle de stabilisation en site comportera une électronique fournissant un gain plus élevé, nais elle n'aura pas à comporter de réseau de compensation des variations du gain mécanique, étant donné les faibles rotations du coeur autour de l'axe de latéral 16. Enfin, la boucle de stabilisation autour de l'axe de latéral pourra être de constitution simple, étant donné la faible amplitude des déplacements angulaires du coeur 15. En particulier, le moteur d'entraineoent pourra être d'un type ayant un débattement angulaire très faible (roteur sans collecteur par exemple). On voit que le dispositif suivant l'invention fait disparaître les limitations apportées dans la stabilisation par le domaine angulaire en site. Ce domaine angulaire ne sera plus limité que par des problèmes d'optique ou de mé- canique. Il écarte la nécessité d'une pleine connaissance des contraintes auxquelles sera soumis le dispositif en fonctionnement, et notamment les fréquences et accéléra- tions d'excitation du support. -6- Le dispositif 30 montré schématiquement en figures 2 et 3 est destiné à être monté sur un hélicop- tère, schématisé en 31. Il comprend un boitier externe 32 muni d'une bride 33 de fixation sur le toit de l'héli- coptère. Sur la figure 3, ce boitier est représenté muni d'une cloche 3,4 de protection de l'ensemble des parties. Sur JLB figure-2, cette cloche est remplacée par des renflements cylindriques 35 munis de fenêtres 36a. La géométrie du dispositif montré en figure 2 est inversée par rapport à celle montrée en figure 1. D'une part, le premier équipage lOa est constitué par un cardan qui fait saillie vers le haut à partir de son axe support, au lieu d'être suspendu comme dans le cas de la figure 1; d'autre part, les parties les plus encom- brantes du second équipage et du coeur sont placées de part et d'autre du premier équipage (au lieu d'être placées entre les branches du cardan qui le constitue), ce qui permet de diminuer sensiblement le moment d'inertie de ce premier équipage 10 autour de l'axe de gisement 12. Dans le dispositif montré en figure 2, o les organes correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence affecté de l'indice a, le second équipage comprend un manchon tubulaire 36 soli- darisé de plateaux latéraux 38 par un axe 37 placé suivant l'axe de site 14a. Ces plateaux portent les divers senseurs nécessaires: par exemple, l'un des plateaux pourra por- ter l'ensemble 39 d'un télémètre laser et d'une caméra de télévision; l'autre plateau pourra alors porter une caméra thermique 40. Les arbres 37 peuvent appartenir à un croisillon dont les autres branches sont orientées suivant l'axe de latéral 16a et portent le coeur. Pour plus de clarté, la figure 2 montre uniquement, parmi les compo- sants du coeur, le miroir de latéral 41 d'un système de visée optique à partir de la cabine de l'hélicoptère. Ce système optique comprend successivement, sur le trajet de la lumière incidente à partir de l'axe de visée 18a, le miroir de latéral 41, le miroir de site 42 porté par le second équipage, deux miroirs de renvoi 43,- les miroirs de - 7. gisement 44 et une lunette 45 munie d'un oculaire 46. Un dispositif du genre illustré en figure 2 permet, pour des accélérations angulaires atteignant 6 r/s2 et des fréquences s'étendant au-delà de 70 Hz, d'obtenir une résiduelle de stabilisation ne dépassant pas 30 microradians. Par ailleurs, on voit que la disposition montrée en figure 2 permet d'accéder aisément aux différents senseurs pour les réparer ou les remplacer. L'invention ne se limite évidemment pas aux - modes particuliers de réalisation représentés et décrits à titre d'exemples et il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences. -8 - REVENDICATIONS 1. Dispositif devisée stabilisée destiné à être monté sur véhicule, comportant un coeur muni d'un gyro- scope et porté par un ensemble comprenant un premier équi- page orientable autour d'un axe extérieur par un moteur d'orientation et un second équipage monté sur le premier de façon à pouvoir être orienté autour d'un axe intermé- diaire, orthogonal à l'axe extérieur, par un moteur d'orientation commandé par une boucle d'asservissement, caractérisé en ce que le coeur est monté sur le second équipage par un mécanisme d'orientation autour d'un axe intérieur situé dans un plan orthogonal à l'axe intermé- diaire, mécanisme commandé à partir des signaux fournis par le gyroscope par une boucle d'asservissement et le moteur d'orientation autour de l'axe extérieur est muni d'un système de recopie commandé par un détecteur des écarts angulaires de l'axe intérieur par rapport à la position canonique. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que les moteurs des boucles d'orientation autour des axes intermédiaire et intérieur sont commandés directement à partir des signaux fournis par le gyroscope dont l'axe de spin est orienté suivant l'axe de visée. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caracté- risé en ce que chaque boucle comporte un réseau correcteur de stabilisation de l'asservissement. 4. Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la chaîne de recopie est prévue pour maintenir le débattement angulaire du coeur autour de l'axe intérieur dans un domaine de quelques degrés. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations' précédentes, caractérisé en ce-que la chaîne de recopie comporte un résçau de compensation des variations du gain mécanique en fonction de l'élongation angulaire du second équipage autour de l'axe intermédiaire. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les éléments volumineux du coeur sont placés le long de l'axe inter- médiaire de-part et d'autre du premier équipage. -9 - 7. Application du dispositif de visée suivant l'une quelconque des revendications précédentes, à des véhicules, caractérisée en ce que l'axe extérieur constitue axe de pointage en gisement et l'axe intermédiaire cons- titue axe de pointage en site.