Brevet FR2646592A1 — publié le 19901109

I- DISPOSITIF POUR STABILISER LA TETE D'UN HOMME PORTant UN CASQUE La présente invention concerne un dispositif pour stabiliser la tête d'un homme portant un casque, ce dispositif comprenant ledit casque. L'invention concerne en particulier un dispositif stabilisateur pour un casque porté par un pilote ou un autre membre de l'équipage d'un aéronef très manoeuvrable. On sait que les pilotes et d'autres membres d'équipage subissent un inconfort et une dégradation de leurs performances en raison des charges qu'ils subissent par les accélérations dans des aéronefs effectuant des manoeuvres violentes. En particulier dans les avions militaires, les efforts destinés à maintenir une position de visée tête haute sont fatigants. Des masses supplémentaires à porter par la tête, notamment celles du casque et des appareils de visée, rendent encore ce problème plus aigu. Des organes de connexion tels que les câbles nécessaires à ces appareils augmentent la résistance aux mouvements du casque. La présente invention a pour but de soulager une grande partie des efforts musculaires à exercer par un aviateur pour mouvoir sa tête, son casque et les appareils qu'il porte, ou pour maintenir sa tête dans la position voulue lors des accélérations subies en vol. L'aviateur peut alors être en mesure de supporter un nombre de g plus élevé, ou être exposé plus longtemps à cette accélération, ou encore porter sur son casque un équipement plus encombrant, sans diminution de ses performances. Dans ce but, la présente invention fournit un dispositif du type indiqué plus haut, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un actionneur agencé pour exercer, sur la tête du porteur, un effort s'opposant à des forces extérieures agissant sur la tête et le casque. De préférence, le dispositif comporte un ensemble d'actionneurs qui est agencé pour exercer des efforts de rappel dans des directions de - 2 mouvement de lacet, de tangage et latéral. Le dispositif peut comporter une première paire d'actionneurs placés d'un côté du casque et dont l'un est placé en avant de l'autre, une deuxième paire d'actionneurs placés du côté opposé du casque et dont l'un est placé en avant de l'autre, et une troisième paire d'actionneurs placés à l'arrière du casque et dont l'un est placé à côté de l'autre. De préférence, au moins l'un des actionneurs est en appui contre le corps du porteur, et au moins l'un des actionneurs est en appui contre un appuie-tête d'un siège sur lequel le porteur est assis. L'actionneur ou chaque actionneur peut comporter une poche gonflable. Dans une forme de réalisation préférée, le dispositif comporte un capteur de position, sensible à la position du casque, et des moyens pour commander le ou les actionneurs en réponse à des signaux de sortie du capteur de position. Il peut comporter en outre un capteur à inertie, sensible à l'accélération, et des moyens pour commander le ou les actionneurs en réponse à des signaux de sortie du' capteur à inertie. De préférence, lesdits moyens comprennent un dispositif de commande d'actionneurs agencé pour commander le fonctionnement du ou des actionneurs en fonction des écarts entre une position mesurée du casque, indiquée par le capteur de position, et une position prévue du casque, calculée à partir des signaux de sortie du capteur à inertie. Dans une forme de réalisation avantageuse, lesdits moyens sont agencés pour recevoir des signaux d'entrée provenant d'un système de commande de vol d'un aéronef, ces signaux indiquant une manoeuvre commandée, et pour commander le fonctionnement du ou des actionneurs en fonction des écarts entre une position mesurée et une position prévue du casque, calculée à partir desdits signaux d'entrée provenant du système de commande de vol.- Le dispositif peut comporter un dispositif de commande d'actionneurs comprenant un calculateur et un module de mémoire amovible, le-module - 3 - de mémoire étant agencé pour conserver des informations sur le compor- tement de la tête du porteur et du casque, de sorte que le fonction- nement du dispositif de commande d'actionneurs est personnalisé par rapport au porteur du casque. On décrira ci-dessous, à titre d'exemples, trois formes différentes de réalisation d'un dispositif selon l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la fig. 1 est une vue latérale schématique de la tête et du casque d'un pilote et montre des actionneurs agissant par rapport à l'axe de tangage de la tête du pilote, la fig. 2 est une vue frontale schématique de la tête et du casque d'un pilote et montre des actionneurs agissant par rapport à l'axe de roulis, la fig. 3 est une vue en plan schématique de la tête et du casque d'un pilote et montre des actionneurs agissant par rapport à l'axe de lacet, la fig. 4 est une vue en perspective montrant les différents composants d'un dispositif selon l'invention, conçus pour être ajoutés à un casque standard de pilote, la fig. 5 est une vue en perspective d'une partie du dispositif de la fig. 4, la fig. 6 est une vue en perspective d'une autre forme de réalisation du dispositif, la fig. 7 est une vue en perspective partiellement coupée d'un soufflet d'un actionneur de la fig. 6, et la fig. 8 est une vue en perspective représentant encore une autre forme de réalisation du dispositif. Dans la forme illustrée par les fig. I à 5, le dispositif comporte un casque habituel I et six actionneurs formés par des poches séparées 2 à 7 -4- qui sont montées sur un bâti 8 fixé au casque. Les poches sont disposées sur le bâti 8 de telle manière que, lorsqu'elles sont gonflées, elles s'appuient sur la partie supérieure du corps 9 de l'aviateur ou sur l'appuie-tête 10 de son siège. Les poches 2 à 7 sont gonflées ou dégonflées individuellement, au moyen d'air provenant de l'alimentation pneumatique 11 de l'avion, sous le contrl61e d'un dispositif de commande 12 qui agit de manière à augmenter ou réduire la force exercée par chaque poche entre le casque et le corps 9 de l'aviateur ou son appuie-tête 10. Dans le cas de la fig. 1, les poches 2 et 6 sont gonflées partiellement de telle façon que, si le pilote subit une accélération montante tendant à faire pivoter vers le bas le centre de gravité 13 de l'ensemble tête + casque, par un mouvement de tangage créé par la force d'inertie 14 autour du point naturel de rotation 15 à la base du crâne, une résistance est créée par la pression dans la poche 2 agissant vers le haut contre le casque I du pilote et vers le bas contre le corps 9 du pilote. La composante longitudinale de l'accélération, tendant à faire pivoter la tête du pilote vers l'arrière par une force d'inertie 16, rencontre une résistance par la pression de l'air dans la poche 6 fixée à l'arrière du casque 1 et épaulée par l'appuie-tête 10 du siège du pilote. En faisant varier les quantités d'air contenues dans les poches 2 et 6, on peut maintenir une position stable de la tête du pilote dans des conditions variables d'accélération, sans avoir besoin d'un effort musculaire du pilote. Les forces ainsi appliquées à la tête du pilote par l'intermédiaire de son casque I ont des directions respectives déterminées et leurs lignes d'action passent à.une certaine distance du point de rotation 15. Les actionneurs sont agencés pour exercer des forces suivant - des axes orthogonaux, ce qui permet d'imprimer au casque des rotations et des translations jusqu'à toutes les positions ou orientations voulues. La fig. 2 montre de face le gonflement de la poche 4 exerçant une réaction par appui sur le corps 9 du pilote pour stabiliser le casque I en s'opposant à une force latérale d'inertie 17, due à une accélération et tendant à faire basculer la tête du pilote de côté;,' autour du point de rotation 15 de la nuque. La poche 2 du côté montant du casque 1 est -5représentée dégonflée, mais elle peut être gonflée rapidement si le sens d'action de la force d'inertie 17 s'inverse, comme on l'a représenté en traits interrompus avec la référence 18, et tend à faire basculer la tête du pilote dans le sens oppose. La fig. 3 montre en plan le gonflement de la poche 7 fixée à l'arrière du casque I du pilote 1. Cette poche exerce une réaction contre l'appuietête 10 pour résister à une force latérale d'inertie 17 induite par une accélération tendant à faire pivoter latéralement le centre de gravité 13 de l'ensemble tête + casque autour du point de rotation 15. La poche 6 est représentée dégonflée, mais elle peut être gonflée rapidement pour stabiliser la position de la tête du pilote si la force d'inertie 17 change de sens. Il faut noter qu'il est possible de gonfler une combinaison quelconque des poches à air comprimé représentées dans les figures 1, 2 et 3 d'une manière permettant de stabiliser l'ensemble formé par la tête et le casque du pilote, dans d'autres positions non représentées. Dans la forme de réalisation du dispositif selon les figures 4 et 5, le bâti 8 est fixé au casque I du pilote par des organes d'attache 19. Le bâti 8 est symétrique, comportant une plaque arrière verticale concave 80, appuyée contre l'arrière du casque 1, et deux plaques d'épaule 81 et 82 gQui s'étendent en direction de l'avant, à peu près horizontalement, de part et d'autre du casque. La face inférieure de la plaque de gauche 81 porte les deux poches 2 et 3, dont la poche avant 2 est placée de manière à s'appuyer sur le haut de la poitrine du pilote, tandis que la poche arrière 3 s'appuie sur l'épaule du pilote. Les poches 4 et 5 sont placées de la même manière sous la plaque de droite 82. La plaque arrière 80 porte les deux poches 6 et 7 qui sont montées côte à côte, respectivement sur le côté gauche et sur le côté droit de la plaque arrière. Les poches 2 à 7 peuvent être enlevées facilement du bâti 8 pour réparation et entretien. Les poches arrières 6 et 7 ont toutes deux une plaque Superficielle lisse 83 qui permet au pilote de tourner la tête avec un minimum de frottement quand les poches sont en contact avec l'appuie-tête 10. La taille des poches est choisie de manière à limiter les 6- déplacements de la tête du pilote à une amplitude qui ne peut pas induire des lésions. L'air comprimé est délivré à cet ensemble au moyen de six tuyaux souples 20 qui sont connectés à des orifices respectifs 21 sur le bâti 8. Les orifices 21 sont raccordés chacun à l'une des poches 2 à 7 par des conduits 22 ménagés dans le bâti 8. Un capteur 30 de position du casque, fonctionnant par des moyens de détection électromagnétiques, électro-optiques, à ultrasons ou autres, mesure la position de repères 31 fixés au casque 1 et, par calcul, il localise le casque dans l'espace. Ces informations de position sont transmises par un câble 32 à un dispositif de commande 12 qui comprend un calculateur électronique. Dans ce dispositif, les mouvements détectés du casque I sont comparés à des mouvements prévus par calcul sur la base des forces d'inertie détectées par un capteur de mesure à inertie 33 fixé dans l'avion. La fidélité de prévision de la réponse inertielle de l'ensemble tête + casque du pilote peut être améliorée par l'utilisation d'informations personnalisées qui ont été calculées et enregistrées auparavant pour ce pilote et que celui-ci fournit au dispositif de commande 12 en y insérant un module de mémoire 34 quand il monte dans l'avion. Le dispositif de commande 12 peut comporter un calculateur à réseau neuronal qui surveille au cours du temps les effets observés des commandes des actionneurs. De cette manière, on met à jour continuel- lement un modèle de comportement du dispositif stabilisateur sur le pilote en question, afin de commander d'une manière toujours plus appropriée le fonctionnement des actionneurs. Ces informations peuvent être enregistrées dans le module de mémoire 34, notamment sous la forme d'un profil de valeurs synaptiques de la mémoire du calculateur. Initialement, le dispositif de commande contiendra un jeu d'instructions standards de départ, lequel sera modifié durant le vol par acquisition d'une meilleure connaissance des variables telles que la masse de la tête du pilote. Tout écart entre le mouvement mesuré et le mouvement prévu du casque 1 est interprété par le dispositif de commande 12 comme le - 7résultat d'un effort musculaire exercé par le pilote pour positionner sa tête. Le dispositif 12 délivre des signaux électriques par des câbles 35 à des électrovannes 36 d'assistance pneumatique. Les vannes 36 sont prévues à raison d'une par poche et elles laissent passer de l'air comprimé leur arrivant de l'alimentation 11 de l'avion à travers une tubulure 37, en direction des tuyaux 20 et des poches correspondantes 2 à 7, de façon à mettre le casque I dans la position calculée voulue. De même, les vannes 36 peuvent recevoir des signaux grâce auxquels elles mettent à l'air libre les poches voulues, pour qu'elles se dégonflent grâce aux forces qu'elles subissent, ou pour les mettre en communication avec une source d'aspiration (non représentée) afin de les dégonfler plus rapidement. Le dispositif de commande 12 peut être commandé de manière à ne pas donner de la pression dans les poches tant que le pilote ne subit pas une accélération dépassant un seuil prédéterminé. Le dispositif de commande 12 peut recevoir des signaux d'entrée provenant d'un système de commande de vol 50 de l'avion et représentant des manoeuvres à venir, ce qui lui permet d'actionner à l'avance les poches 2 à 7, avant que se développent des variations mesurables de l'accélération. Pour permettre au pilote d'entrer et de sortir de l'avion, les tuyaux 20 peuvent être débranchés grâce à un connecteur d'équipement personnel 38 qui regroupe de préférence en un seul connecteur tous les tuyaux du dispositif de stabHilisation de la tête et ceux d'autres dispositifs (non représentés) liés au pilote. Le dispositif de stabilisation évite au pilote de dépenser de l'énergie musculaire pour empêcher que sa tête se déplace sous l'effet des accélérations. Cela lui permet d'observer plus facilement ses instruments et l'extérieur et cela réduit aussi sa fatigue et le risque de blessures. Cependant, le pilote est quand même libre de mouvoir sa tête comme il veut. - 8 - Quand ils ne sont pas nécessaires, les actionneurs peuvent être rétractés, par exemple par aspiration, pour ne pas gêner les mouvements du pilote. Le dispositif de commande 12 peut recevoir un signal de perte de conscience sur une entrée 40 et être agencé, en cas de réception d'un tel signal, pour commander les actionneurs de manière à placer la tête du pilote dans une position dans laquelle il sera moins susceptible de lésions et plus apte à se remettre rapidement. De même, en cas d'éjection, certains des actionneurs peuvent être gonflés de façon à stabiliser la position de la tête et du cou du pilote, afin d'empêcher une compression vertébrale et d'autres lésions. Une conformation appropriée des actionneurs peut minimiser les effets du choc de l'air. Le fonctionnement en cas d'éjection peut se faire au moyen d'énergie stockée dans le siège et il peut être commandé par (le séquenceur du siège éjectable, indépendamment du dispositif de commande 12. Le séquenceur peut commander également la mise hors service des actionneurs après la séparation de l'avion. En variante, les actionneurs peuvent rester gonflés, sous le contrôle d'un sélecteur manuel, pour assurer à un pilote inconscient une descente en parachute sans dommage et maintenir une position correcte de sa tête s'il tombe dans l'eau. La fig. 6 représente une autre forme de réalisation du dispositif de stabilisation, dans laquelle le casque 1' est spécialement adapté par incorporation d'un cadre inférieur 40' qui forme une mentonnière et qui est d'une. pièce avec la coque du casque. Le bord inférieur du cadre 40' porte des poches 2' et 4' en dessous du menton du pilote et des poches 3' et 5' en dessous des oreilles. Les poches 2' et 4' sont séparées par un intervalle 41 à travers lequel peut passer un tuyau d'oxygène 42 allant au masque facial 43 du pilote (voir fig. 4). De l'air comprimé est délivré à travers des tuyaux 20' dans des orifices 21' disposés de chaque côté du casque et, à partir de ces orifices, dans des conduits 22' logés dans la coque du casque 1' et allant aux poches 2' à 7'. La fig. 7 représente un écorché d'une forme de réalisation d'une poche à -9- air du dispositif de la fig. 6. La poche a une enveloppe 50' en forme de soufflet, faite d'un matériau à matrice souple imprégnée de caoutchouc. L'air injecté dans le soufflet ou retiré du soufflet produit sa dilatation ou sa contraction dans une direction perpendiculaire aux plis de sa paroi, tandis que des modifications de sa section transversale sont empêchées par des diaphragmes internes 51 pourvus de trous 52 permettant un libre passage des gaz. La fig. 8 montre encore une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle des actionneurs 2" à 5" sont portés par le pilote (non représenté) indépendamment de son casque 1". Les actionneurs sont fixés à la combinaison 60 du pilote ou ils peuvent faire partie d'un vêtement plus petit. Ce dispositif peut faire usage d'actionneurs supplémentaires 63 et 64 disposés derrière la nuque du pilote. Le casque 1" est fixé à la tête du pilote par une courroie 29 de manière à bouger avec la tête. Les faces supérieures des actionneurs 2" à 5', 63 et 64, du côté du casque, sont fixées à une plaque 44 à surface lisse, qui peut être segmentée ou former un anneau continu comme on l'a représenté. De cette manière, lasurface inférieure 45 du casque 1" peut glisser avec un minimum de frottement sur la plaque 44 quand le pilote tourne la tête par rapport à l'axe de lacet. De préférence, la plaque 44 n'est pas fixée au casque 1". Cependant, elle peut être poussée axialement contre le casque 1" en le laissant libre de tourner sur elle, ce qui peut former un joint étanche pour une combinaison pressurisée. Des tuyaux 20" conduisant l'air comprimé du connecteur d'équipement personnel 38" aux actionneurs à poches sont fixés de préférence à la combinaison 60, afin d'éviter du désordre dans l'habitacle. La source d'air comprimé peut être celle qui sert à gonfler la combinaison anti-g du pilote par des tuyaux 61 et 62. Si le casque 1" est équipé de poches gonflables (non représentées) s'appuyant contre un appuie-tête, il peut 10- comporter des tuyaux de connexion 65 dont chacun peut être couplé à un tuyau d'alimentation correspondant 20" sur la combinaison, grâce à un connecteur 66. Un levier 67 est couplé à une vanne raccordée directement aux tuyaux " et actionne cette vanne quand il est pressé manuellement, de sorte que le pilote peut dégonfler toutes les poches en même temps. L'invention n'est pas limitée à l'utilisation de poches gonflables ou d'autres actionneurs pneumatiques. Dans d'autres réalisations, on peut utiliser des actionneurs hydrauliques, mécaniques ou électromécaniques. On peut utiliser n'importe quel nombre d'actionneurs en vue d'avoir une plus grande finesse de fonctionnement, une action plus rapide, une redondance du fonctionnement ou dans d'autres buts. Le dispositif de stabilisation peut comprendre des capteurs de forces mesurant les pressions exercées par le casque sur la tête du pilote. Ces informations sont utilisées pour commander les actionneurs dans un sens qui réduit ces pressions. Les actionneurs n'agissent pas nécessairement par l'intermé- diaire du casque, mais pourraient le faire directement par contact avec la tête, par exemple au moyen d'un actionneur placé sous le menton. _ il _ Revendications I. Dispositif pour stabiliser la tête d'un homme portant un casque, comprenant ledit casque, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un actionneur (2 à 7) agencé pour exercer, sur la tête du porteur, un effort s'opposant à des forces extérieures agissant sur la tête et le casque (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'actionneurs (2 à 7) qui est agencé pour exercer des efforts de rappel dans des directions de mouvement de lacet, de tangage et latéral. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une première paire d'actionneurs (2 et 3) placés d'un côté du casque (1) et dont l'un (2) est placé en avant de l'autre (3), une deuxième paire d'actionneurs (4 et 5) placés du côté opposé du casque et dont l'un (4) est placé en avant de l'autre (5), et une troisième paire d'actionneurs (6 et 7) placés à l'arrière du casque (1) et dont l'un (6) est placé à côté de l'autre (7). 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des actionneurs (2 à 5) est en appui contre le corps (9) du porteur, et en ce qu'au moins l'un des actionneurs (6, 7) est en appui contre un appuie-tête (10) d'un siège sur lequel le porteur est assis. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur ou chaque actionneur comporte une poche gonflable (2 à 7). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de position (30) qui est sensible à la position du casque (1), et des moyens (12) pour commander le ou les actionneurs (2 à 7) en réponse à des signaux de sortie du capteur de position (30). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur à inertie (33) qui est sensible à l'accélération, et des moyens (12) pour commander le ou les actionneurs (2 à 7) en réponse à des signaux de sortie du capteur à inertie (33). - 12- 8. Dispositif selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un dispositif de commande d'actionneurs (12) agencé pour commander le fonctionnement du ou des actionneurs (2 à 7) en fonction des écarts entre une position mesurée du casque (1), indiquée par le capteur de position (30), et une position prévue du casque, calculée à partir des signaux de.sortie du capteur à inertie (33). 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens (12) sont agencés pour recevoir des signaux d'entrée provenant d'un système de commande de vol (50) d'un aéronef, ces signaux indiquant une manoeuvre commandée, et pour commander le fonctionnement du ou des actionneurs (2 à 7) en fonction des écarts entre une position mesurée et une position prévue du casque (1), calculée à partir desdits signaux d'entrée provenant du système de commande de vol -(50). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande d'actionneurs (12) comprenant un calculateur et un module de mémoire amovible (34), et en ce que le module de mémoire est agencé pour conserver des informations sur le compor- tement de la tête du porteur et du casque (1), de sorte que le fonctionnement du dispositif de commande d'actionneurs (12) est personnalisé par rapport au porteur du casque.