Brevet FR2565721A1 — publié le 19851213

G-SIEGE POUR SIMULATEUR D'AVIONS DE COMBAT La présente invention se rapporte à un G-siège pour simulateur d'entrâînement au pilotage des avions de combat. On sait que la formation pratique des pilotes est maintenant assurée couramment et principalement au moyen de simulateurs de vol situés au sol. Les pilotes à instruire sont placés dans des conditions d'environnement aussi réalistes que possible. Tous les appareils de bord ainsi que tous les organes de pilotage sont simulés quant à leur aspect, leur disposition et leur fonctionnement apparent. De plus, afin de simuler les mouvements de l'avion, les postes de pilotage sont souvent montés sur des plates-formes mobiles qui les soumettent ainsi que les pilotes, à des accélérations rappelant celles qui existent durant les différentes phases du vol réel. Ces plates-formes néanmoins ne peuvent pas fournir de manière convenable les accélérations d'un avion de combat principalement en ce qui concerne: leur amplitude maximale et leur durée. Ainsi, pour i'entraînement au pilotage des avions de combat, il a été jugé préférable de renoncer à transmettre au pilote des accélérations. Le poste de pilotage reste fixe tandis que les accélérations sont simulées par des artifices capables de produire sur le pilote les sensations tactiles que celui-ci éprouve durant le vol réel, au contact: de son siège, de sa combinaison de vol et de son harnais. Les reproductions de siège de pilotage sont adaptées, sous le nom de G-sièges, pour l'entraînement au pilotage des avions de combat. Ils sont pourvus de plaques mobiles, mues par des servovérins, et sur lesquelles sont placés des coussins à gonflage variable. Les sangles du harnais sont reliées par des câbles de traction à des servovérins qui modifient leurs tensions en corrélation avec le mouvement des plaques et le gonflage des coussins. Toutes ces opérations sont déterminées et déclenchées par un calculateur en fonction des évolutions simulées de l'avion. Les sensations perçues par le pilote résultent des effets combinés de tous ces dispositifs qui tendent respectivement à reproduire celles qui sont produites par les accélérations en vol réel. On peut dire: que l'effet des coussins est de modifier la grandeur des surfaces de contact avec le corps du pilote et ainsi de modifier la valeur des pressions locales sous l'effet du poids de ce dernier que l'effet du harnais est de maintenir plus ou moins fermement le pilote sur le G-siège; que l'effet des plaques mobiles est d'imposer au pilote non plus des accélérations qui seraient perçues par celui-ci en tant que telles mais plutot, étant donné la faible durée des accélérations fournies par les plaques, d'imposer des attitudes ou des changements d'attitude en rapport avec les sensations que ce pilote doit ressentir. Les G-sièges ont ainsi et entre autres, pour but de communiquer au pilote à l'entratnement, des translations et des rotations d'amplitudes limitées et modifiables de manière continue en fonction des évolutions des avions simulés. La structure du G-siège selon l'invention est représentée sur la figure 1, de la façon la plus schématique pour en faciliter la compréhension. Le G-siège comprend, tout d'abord, divers éléments qui reproduisent sensiblement les éléments de la structure porteuse, fixes ou semi-mobiles, du siège réel. Les éléments fixes comprennent deux poutres Pa et Pb, auxquelles sont fixées respectivement deux colonnes Ca, Cb, au moyen de supports S. Un des deux ensembles : poutre, colonne et supports, cache l'autre sur la figure. Les éléments semi-mobiles de la structure porteuse comprennent un baquet B qui coulisse au moyen de paliers P sur les deux colonnes Ca et Cb, ainsi qu'un vérin tel qu'un vérin électrique V qui permet le réglage en hauteur du baquet. Le baquet porte les éléments plus particulièrement propres à la simulation, à savoir, en ce qui concerne la présente invention: une plaque de dos PD, deux plaques de siège, I'une inférieure PI, et l'autre supérieure PS, ainsi qu'un ensemble de dispositifs actionneurs de ces plaques, DO à D8, dont la description sera faite dans la suite du texte. Les mouvements effectués par ces plaques sous l'action des dispositifs actionneurs, ou encore leurs degrés de liberté, sont repérés, en ce qui concerne les translations par trois axes: un axe X dit "longitudinal", parallèle au fond FB du baquet, un axe Z parallèie au dos DB du baquet et dit "vertical", et un axe Y latéral, perpendiculaire aux deux précédents. En ce qui concerne les rotations: roulis, tangage et lacet, celles-ci sont repérées respectivement par les trois flèches R, T, L autour des axes X, Y, Z.Les emplacements des points d'appui des dispositifs actionneurs sur les plaques PD, PS et PI ont été représentés schématiquement sur des vues rabattues des plaques, par des points repérés par les chiffres affectés respective ment aux dispositifs. Pour des raisons de coût et afin d'éviter un degré de réaiisme inutile, il n'apparaît pas nécessaire d'admettre pour les plaques de siège comme pour la plaque de dos, les six degrés de liberté théoriques. En particulier, pour des raisons d'encombrement du Gsiège et d'étroitesse du poste de pilotage de la plupart des avions de combat, la translation latérale Y et la rotation en lacet L pour les plaques de siège, en général, ne sont pas reproduites; ces mouvements ne correspondant d'ailleurs qu'a des effets assez rarement ressentis sur l'avion.Les translations et les rotations suivant les degrés de liberté jugés nécessaires, sont obtenues au moyen de combinaisons mécaniques judicieuses comportant un minimum de vérins et de bielles, dont l'instabilité, suivant les autres degrés de liberté, et inhérente justement à la simplicité des combinaisons choisies, est annulée par des dispositifs stabilisateurs appropriés. Dans le brevet US 4 321 044, le mouvement de la plaque inférieure de siège est déterminé en Z, T et R, au moyen de trois vérins horizontaux associés à trois renvois verticaux par bielles, et d'un dispositif stabilisateur supprimant les degrés de liberté en X, Y et L. Celui-ci est formé par une liaison mécanique, entre la plaque et la base fixe de l'ensemble, et comprenant une coulisse verticale (Z) et des rotules (T et R). Le mouvement de la plaque de dos est déterminé en X, T et R d'une manière analogue à celle des vérins de la plaque inférieure, ces vérins étant disposés toutefois vertica lement, tandis que les dispositifs - stabilisateurs supprimant les degrés de liberté en Y, Z et L sont formés par trois charnières, deux de celles-ci ayant leurs axes perpendiculaires à l'axe du troisième. Un objet du G-siège selon l'invention, est de transmettre au pilote par l'intermédiaire des plaques de siège, des translations longitudinale X et verticale Z ainsi que des rotations, en tangage T et en roulis R. Un autre objet du G-siège selon invention, est de transmettre au pilote par l'intermédiaire d'une plaque de dos, une translation longitudinale X et des rotations en tangage T et en lacet L. Une première caractéristique du G-siège selon l'invention est que les degrés de liberté, en translation latérale Y et en lacet L, de la plaque supérieure du siège sont supprimés par un dispositif stabilisateur D4, pivotant en tangage et en roulis, d'une part fixé à la plaque inférieure, et d'autre part coulissant sur les deux colonnes de réglage en hauteur du baquet. Une deuxième caractéristique du G-siège selon l'invention est que, d'une part, les degrés de liberté en translation latérale Y et en translation verticale Z de la plaque de dos, sont supprimés par un dispositif D5, assurant une translation longitudinale X de la plaque, aussi pure que possible et-agissant dans le plan médian vertical et en bas de la plaque ; et d'autre part, que le degré de liberté en roulis R de cette plaque, est supprimé par un dispositif stabilisateur D6 agissant dans ledit plan au-dessus du dispositif D5 et en association avec lui. D'autres caractéristiques du G-siège selon l'invention, apparat- tront dans la description qui fait suite, d'un exemple de réalisation non limitatif, et qui est illustrée par des figures dans lesquelles: - la figure 1, déjà mentionnée représente sous la forme la plus schématique, le G-siège suivant l'invention; - les figures 2 et 3 représentent le fond et le dos du baquet du G-siège; - les figures 4 et 5 représentent le dispositif Dl à vérin vertical actionnant les plaques de siège; - les figures 6 et 7 représentent le dispositif D4, stabilisateur, des plaques de siège; - la figure 8 représente le dispositif stabilisateur D6 ainsi que le dispositif actionneur et stabilisateur D5, tous deux relatifs à la plaque de dos - la figure 9 représente un des deux dispositifs D7 et D8 actionnant la plaque de dos. Le dos DB (figure 2) et le fond FB (figure 3) du baquet sont réalisés en tôle pliée en U et ajourée. Ces figures montrent, principalement, les perçages de fixation des dispositifs Dl à D8. Elles permettront au cours de la description qui va suivre de connaître exactement les emplacements de ces dispositifs et de mieux comprendre leur fonctionnement. Des pièces usinées 1, 2, 3 sont, entre autres, rapportées sur les ailes des U et servent d'appuis aux paliers P (figure 1) qui coulissent sur les colonnes Ca et Cb. Ces dernières, ainsi que les poutres Pa et Pb ont été représentées en coupe sur la figure 3. Le dos DB du baquet est monté de telle manière que les pièces usinées se situent entre les colonnes et les poutres. Pour des raisons de clarté, sur le schéma de principe de la figure 1, cette partie du baquet est représentée en avant des colonnes et des poutres. Les perçages de fixation du vérin de réglage en hauteur du baquet, sont représentés en 4. Les mouvements en, translation verticale Z, en tangage T et en roulis R, sont assurés par les trois dispositifs D1, D2, D3 (figures 4 et 5). Ceux-ci sont constitués par trois servovérins identiques, disposés verticalement entre le fond FB du baquet et la plaque inférieure de siège FI, conformément aux figures 1 et 3. Le dispositif Dl est représenté en vue de côté sur la figure 4 et en vue de dessus sur la figure 5. Un avantage de la disposition verticale adoptée pour les vérins actionnant les plaques de siège, est qu'elle est simple et qu'elle évite l'utilisation de bielles et de renvois, générateurs éventuellement de jeux et de frottement, et qu'elle contribue ainsi à obtenir des mouvements de meilleure qualité. De plus, cette disposition facilite quelque peu la commande par logiciel. L'espace plus important occupé par les vérins dans cette position, ne nuit pas cependant au réalisme car il correspond à l'encombrement du paquetage de survie du siège réel. La liaison mécanique du vérin avec le baquet est réalisée au moyen d'un système à la cardan 4, pivotant en roulis suivant un axe 12 et pivotant, en tangage, par rapport au baquet et dans deux paliers 1 et 18 solidaires de celui-ci.La liaison du servovérin avec la plaque inférieure du siège Pl (figure 4) est obtenue par une rotule 20 dont l'axe pivote dans une chape solidaire de la plaque. La plaque supérieure de siège PS est liée à la plaque inférieure PI et mobile par rapport à celle-ci au moyen de glissières longitudinales G (figure 1). Son mouvement en translation longitudinale X est assuré par le dispositif DO constitué par un servovérin, dont la tige est articulée à la plaque supérieure au moyen d'une rotule 23 (figure 4) dont la position est repérée par un O (figure 1) dans ltouverture de la plaque inférieure et en vue rabattue, et dont le fond s'appuie sur la plaque inférieure PI ou sur un élément solidaire de celle-ci: dans l'exemple décrit, sur une pièce 21 du dispositif D4 (figure 6). Le dispositif stablisateur D4, qui supprime les degrés de liberté en translation longitudinale X, en translation latérale Y et en lacet L de la plaque inférieure du siège, est représenté de côté et en coupe, sur la figure 6 et en vue de dessus sur la figure 7. Ce dispositif comprend: un support 21 solidaire de la plaque inférieure, un ensemble 35 à douilles 28, 39 coulissant sur les colonnes Ca et Cb, et une pièce intermédiaire 11. L'ensemble coulissant comprend: deux douilles à billes 28 et 39, deux boîtiers 5a, 5b parallélépipédiques servant d'habillage aux deux douilles, et une plaque 8 rectangulaire de forme allongée dont les extrémités, auxquelles sont fixés les deux boîtiers, présentent deux ouvertures circulaires qui dégagent les douilles. Les boîtiers portent deux axes 30 et 37 dirigés l'un vers l'autre. Le support 21 comporte une base 1 vissée à la plaque inférieure PI et une plaque 16 sensiblement triangulaire soudée à la base 1 et à laquelle sont soudées des pièces 2 et 15 (figure 6) formant deux chapes coaxiales suivant l'axe des X. Une pièce 24 formant nervure est rapportée sous le support et forme une chape 26 qui permet de fixer le fond du servovérin DO au support, et de rendre ainsi ce dernier solidaire de la plaque inférieure. La pièce intermédiaire 11 plane et sensiblement octogonale, porte par en dessous, disposées suivant des axes perpendiculaires, deux paires de paliers coaxiaux: la paire de paliers 41 et 34 (figure 6) pivotent au moyen de rotules, en roulis, dans les chapes 2 et 15; la paire de paliers 32 et 38 pivotent en tangage également au moyen de rotules, autour des axes 30 et 37 des boîtiers 5a et 5b. Les dispositifs qui actionnent la plaque de dos PD et qui suppriment aussi les degrés de liberté excessifs ont été représentés pour plus de clarté sur deux figures: la figure 8 pour les dispositifs D5 et D6 et la figure 9 pour l'un des deux dispositifs identiques D7 et D8. Les dispositifs D6 et D5 agissent dans le plan vertical médian de la plaque de dos, le premier au-dessus de l'autre (points 6 et 5, figure 1), tandis que les dispositifs D7 et D8 agissent à égale distance et de part et d'autre dudit plan médian (points 7 et 8) et sensiblement à l'opposé sur la plaque, du point d'action 5 du dispositif D5. Le dispositif D5 (figure 8) comprend : un vérin 13, un renvoi 22 et un système de deux bielles articulées 25 et 28. Il est fixé au dos DB du baquet B au moyen des supports 10, 17 et 19. Le déplacement de la tige du vérin est transmis à la bielle 28 par l'intermédiaire du renvoi 22. Sous l'action de ce dernier et de la bielle -25, articulée sur la bielle 28 et sur le palier 17, l'extrémité de la bielle 28 articulée au moyen d'une rotule 30 à la plaque PD, décrit sensiblement un segment de droite qui représente la translation X imposée à la plaque de dos. Simultanément par conséquent, la bielle 28 supprime les degrés de liberté en translation verticale Z ou latérale Y de cette plaque. De plus, le dispositif D5 supprime le roulis de la plaque de dos en association avec le dispositif D6. Le dispositif D6 comprend simplement -deux bielles 4 et 7 articulées entre elles, et articulées de plus respectivement à un support 10 solidaire du baquet, et à la plaque de dos au moyen d'une rotule 1. Les dispositifs D7 et D8 (figure 9) comprennent chacun: un vérin 15, un renvoi 7 et une bielle 4. Ils sont fixés au baquet B par deux supports 10 et 18 et articulés à la plaque de dos par une rotule 1. Les mouvements de la plaque de dos résultent des actions combinées des dispositifs D5, D6, D7, D8. La translation longitudinale X est obtenue par les dispositifs D5, D7 et D8 agissant dans le même sens. La rotation en tangage T est obtenue par le dispositif D5 agissant en sens contraire des dispositifs D7 et D8. La rotation en lacet L est obtenue par les dispositifs D7 et D8 agissant en sens contraires tandis que le dispositif D5 reste inactif. REVENDICATIONS 1. G-siège pour simulateur d'avion de combat, comportant deux poutres fixes (Pa, Pb) auxquelles sont fixées respectivement deux colonnes (Ca, Cb) au moyen de supports (S), et des éléments semi-mobiles comprenant un baquet (B) qui coulisse au moyen de paliers (P) sur les deux colonnes, ainsi qu'un vérin (V) permettant le réglage en hauteur du baquet, le baquet comportant une plaque de dos (PD), des plaques de siège (pal, PS), et des dispositifs actionneurs des plaques (DO à D8), caractérisé par le fait qu'il comporte deux plaques de siège, une supérieure (PS), et une inférieure (PI), la plaque supérieure étant liée à la plaque inférieure et mobile par rapport à celle-ci au moyen de glissières longitudinales (G), le mouvement en translation longitudinale de la plaque supérieure étant assuré par un servovérin (DO) solidaire de la plaque inférieure et d'un dispositif stabilisateur (D4) pivotant en tangage et en roulis et fixé à la plaque inférieure, ce dispositif stabilisateur coulissant sur les deux colonnes (Ca, Cb) de réglage en hauteur du baquet, et supprimant les degrés de liberté, en translation latérale (Y) et en lacet (L), de la plaque supérieure du baquet. 2. G-siège selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif stabilisateur (D4) comprend : un support (21) solidaire de la plaque inférieure, un ensemble (35) à douilles (28, 39) coulissant sur les colonnes (Ca, Cb), et une pièce intermédiaire (11) portant deux paires de paliers coaxiaux (41, 34 et 32, 38), la première paire de paliers (41, 34) pivotant en roulis, au moyen de rotules, dans des chapes (2, 15) fixées audit support (21), et la deuxième paire de paliers (32, 38) pivotant en tangage, au moyen de rotules, autour des axes (30, 37) de deux boîtiers (5a, 5b) de l'ensemble coulissant à douilles (35). 3. G-siège selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif actionneur (D5) fixé au dos (DB) du baquet et agissant dans le plan médian vertical et en bas de la plaque de dos (PD), ce dispositif actionneur supprimant les degrés de liberté en translation latérale (Y) et en translation verticale (Z) de la plaque de dos, et assurant une translation longitudinale (X) de la plaque de dos aussi pure que possible. 4. G-siège selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif stabilisateur (D6) comportant deux bielles (4, 7) articulées entre elles, et articulées respectivement à un support (10) solidaire du baquet et à la plaque de dos au moyen d'une rotule (1), ce dispositif stabilisateur (D6) agissant dans ledit plan, au-dessus dudit dispositif actionneur (D5) de la plaque de dos, en association avec lui, pour supprimer le degré de liberté en roulis (R) de cette plaque de dos. 5. G-siège selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait qu'il comprend deux autres dispositifs actionneurs de la plaque de dos (D7, D8) comportant chacun un vérin (15), un renvoi (7), et une bielle (4), ces dispositifs étant fixés au baquet par deux supports (10, 18) et articulés à la plaque de dos par une rotule (1).