Brevet FR2693554A1 — publié le 19940114

ACCELEROMETRE L'invention concerne un instrument de vol destiné à indiquer l'accélération verticale instantanée d'un vol, comportant un manomètre, une calculatrice et au moins un indicateur. Il est nécessaire pour la sécurité aérienne de connaître l'accélération dominante d'un appareil en vol, afin de ne pas excéder la charge physique admissible pour les passagers ni la résistance mécanique admissible de l'aéronef Le facteur de charge (n = facteur de charge) sert à mesurer la charge admissible Il indique la multiplication autorisée de l'accélération effective par rapport à l'accé- lération de la chute (g = 9,81 m/s 2) Cette accélération affecte la circulation sanguine et provoque des troubles visuels de 3 à 4 g, la perte de la vue ("Black-out") de 4 à ,5 g puis la perte de connaissance de 4,5 à 6 g Dans le cas de planeurs par exemple, la résistance est déterminée selon les lignes directives stipulées par l'OSTIV lOrganisa- tion Scientifique et Technique Internationale du Vol à Voilel; pour des vols en altitude et des voltiges simples n = + 4,5/-1,5 et pour des vols et des voltiges sans restric- tions N = + 5,3/-3 Le dépassement des charges sur un avion provoque une déformation permanente ou une rupture Les troubles physiques durant un vol dépendent de la constitu- tion de la personne et de la durée du vol, ils disparaissent dès l'élimination des charges. Contrôle de l'accélération; L'acceleromètre sert à redresser un avion après un vol en piqué ou en virage serré à grande vitesse, il s'agit d'un instrument de mesure composé d'un système de masse à ressort à oscillations amorties La masse de l'accéléromètre prend appui sur un ressort dans le boitier de l'instrument et se deplace le long d'un dispositif de guidage La compression du ressort est indiquée par l'unité de mesure de l'accélération de chute sous forme de niveau sur l'échelle de mesure, ou chute sous forme de niveau sur l'échelle de mesure, ou encore sur un cadran au moyen d'une transmission par cremaillère-pignon/aiguille Un accéléromètre muni d'une aiguille entrainée permet d'indiquer également les valeurs maximales Etant donné que le dispositif de guidage de la masse de l'instrument de vol se trouve dans son axe vertical, l'accéléromètre en cas de vol en virages n'indique pas l'accélération de chute du vol mais plutôt la somme de celle-ci et de la foxce centrifuge L'accéléromètre est donc un instrument idéal de contrôle des surcharges imposées à l'homme et au matériel Le prix en représente un avantage supplémentaire puisque le modèle indicateur de niveau en particulier est très facile et par conséquent de prix avantageux. Les données concernant la trajectoire de vol sont utîlîsées pour déterminer exclusivement avec les instruments de bord les coordonnées d'un aéronef De plus, les calcula- trices accélérométriques déterminent l'accélération verticale en calculant la différenciation des vitesses mesurées Des plates- formes inertielles gyroscopiques mesurent toutes les accélérations instantanées de la trajectoire de vol et fournissent ainsi à la calculatrice les valeurs de base de la position effective Ces systèmes offrent les avantages de l'autonomie et de la précision mais l'inconvénient est que leur prix les réserve exclusivement aux besoins de l'aviation militaire et de l'aérospatiale. L'homme peut réaliser son rêve originel, le vol non motorisé, en faisant jouer la pesanteur et en "harnachant l'énergie solaire" au moyen de parachutes de type "aile", voiles delta et planeurs Il est surprenant que, malgré une "chute continue", ce type de vol ait déjà enregistré des distances homologuées de plus de 2000 km Repérer et exploiter les courants ascendants restent les fonctions primordiales dans les vols non motorisés Si la présence d'un courant ascendant est soupçonnée, il n'est généralement possible de le rejoindre qu'en traversant des masses d'air descendants Dans ces courants descendants le vol augmente de vitesse jusqu'à la remontée soudaine, de sorte à réduire autant que possible les pertes en altitude Les sensations dans son estomac et sa pesanteur accrue sur le siège indiquent au pilote cette accélération verticale subite Ce n'est qu'après, toujours avec un léger retard, que cette vitesse ascensionnelle est enregistrée par le variomètre Ce retard est dû à la pesanteur Il se passe en effet un certain temps avant,que le pilote soit tiré de sa chute par l'air ascendant l'emportant avec son parachute ascensionnel, sa voile Delta ou son planeur, et avant que ce changement de direction soit indiqué par le variomètre Seul un vol circulaire permet de rester dans la masse d'air ascendant puisque ces courants ascendants se composent généralement de masses d'air localisées, en forme de bulles ou de colonnes ascendant, o la force ascensionnelle est la plus forte. Ce jeu fascinant avec le vent exige une attention intense de la part du pilote; Il lui faut en effet: assurer un vol aérodynamique net (sans glissements ni écarts superflus); bien définir le centre du courant ascendant; et sa position par rapport au centre du courant ascendant (malgré les mouvements); maintenir la vitesse appropriée pour le vol linéaire ou circulaire; et toujours assurer sa propre sécurité; et la sécurité des autres utilisateurs du courant ascendant. Afin de s'acquitter de ces tâches, un pilote chevronné consacre sa plus grande attention à observer les environs et pour repérer et centrer le courant ascendant il: suit les indications du variomètre, compense le retard accumulé dans cette indication, visualise la répartition du courant ascendant, et tente de prévoir le développement du vol ascendant afin de décider à quel moment et dans quelle direction quitter l'air ascendant. L'attention d'un pilote novice est concentrée essentiellement sur les indicateurs Ainsi donc il: a "besoin" de voir un indice ou fil de laine pour assurer la netteté de son vol, contrôle de façon "continue" sa vitesse minimale au moyen de l'instrument, et consacre beaucoup de temps à "fixer" le variomètre du regard. Selon la durée du vol, l'altitude ou la distance, le pilote peut appliquer avec succès cette technique du "vol aux instruments" Il faut toutefois tenir compte du fait que ce type de vol revient à enfreindre la règle d'or du vol visuel et donc à compromettre la sécurité aérienne. Les indicateurs acoustiques ont été mis au point pour permettre au pilote de quitter l'instrument du regard. Les "mélodies" ou "bips" de ces instruments sont conçus à cause de l'expérience empirique voulant que (sous réserve d'un vol net) la vitesse d'un aéronef non motorisé peut se commander avec fiabilité selon les bruits provoqués par le vol Etant donné que la radio se superpose souvent aux bruits de vol, un signal plus sonore qu'un signal "d'accompagnement" est souvent perçu comme une nuisance plutôt qu'une aide Le "domaine" des indicateurs acoustiques est par conséquent modeste et n'est approprié que pour le pilote en vol solo. La présente invention a pour objet la fourniture d'un nouvel accéléromètre devant répondre aux besoins du vol non motorisé, qui facilite le repérage et l'exploitation des courants ascendants et aide à eviter les risques de sur- charges psychiques et physiques de l'être humain ainsi que le danger de sollicitations excessives de l'aéronef pour assurer une meilleure sécurité en vol. Selon l'invention, cet objectif est atteint par le fait qu'il comporte un manomètre, une calculatrice et au moins un indicateur. L'invention est expliquée par exemple au moyen des plans schématiques cijoints, qui illustrent: Fig 1 un barogramme, Fig 2 un diagramme de la fonction vitesse ascensionnelle-temps, Fig 3 un schéma fonctionnel de 1 'accéléromètre, Fig 4 un bloc-diagramme du matériel de l'accélé- romètre. La figure 1 illustre la courbe altimétrique d'un vol Le diagramme de la fonction altitude-temps s(t) correspond à l'enregistrement continu de la pression en cours du vol et est donc nommé barogramme dans le monde de l'aviation La vitesse ascensionnelle W à un point donné dans le temps t I peut être déterminée par la pente tangen- tielle en ce point et correspond au quotient ds/dt La figure 2 illustre le diagramme de la fonction vitesse ascensionnelle-temps, en l'occurrence la première fonction de dérivation de la fonction altitude- temps; d Es(t)l w(t= = s(t) dt L'augmentation de cette fonction est le rapport dw/dt = a, Changement de vitesse ascendante =accélérationverticale Changement dans le temps La figure 3 illustre la fonction de l'accéléromètre dans l'exemple d'un centre d'information idéal pour un vol non motorisé En effet le capteur manométrique 2 (manomètre absolu piezorésistif), fournissant un signal proportionnel à la pression de l'air, offre un paramètre qui peut être immédiatement utilisé comme valeur de mesure de l'altitude, dérivée une fois par l'appareil différenciateur 5 pour obtenir la valeur de mesure de la vitesse ascensionnelle, dérivée deux fois-par l'appareil différenciateur 5 ' pour obtenir la valeur de mesure de l'accélération verticale et dérivée encore une fois, par exemple par la calculatrice 8, pour obtenir le signal de changement temporel de l'accélé- ration verticale Si la calculatrice 8 est du type numérique, les signaux analogiques sont numérisés dans un convertisseur analogique- numérique non illustré à la Figure 3 et la moyenne des résultats de trois à quatre mesures par seconde est fournie par l'indicateur optique 11 et acoustique,12 A l'aide de l'entrée 3, le pilote peut lui- même choisir si l'indicateur acoustique doit indiquer l'indice acoustique de la vitesse verticale, de l'accéléra- tion verticale ou des changements temporels de cette dernière Selon le choix introduit par le dispositif d'entrée 3, un oscillateur intégré à la calculatrice 8 produit certaines fréquences visant à identifier acoustiquement la vitesse d'ascension ou de chute ou l'accélération verticale ou encore le changement temporel de l'accélération verticale. L'indication de l'accélération donne déjà au pilote sous forme de vecteur une tendance, soit la prévision d'ascension ou de chute, du mouvement vertical instantané. L'indication de la dérivation de l'accélération verticale offre également une prévision de cette valeur Etant donné que le pilote n'est pas obligé d'évaluer éventuellement une telle prévision en observant le variomètre puisqu'elle est constamment disponible sous forme de valeur instantanée, la quantité des tâches introverties devant être exécutées par le pilote en est réduite d'autant et ce dernier peut davantage se concentrer sur son environnement Etant donné que des optimisations calculées sont supérieures à des évaluations, la qualité d'optimisation des vols en courants ascendants et descendants est ainsi considérablement améliorée L'invention permet de réduire la fatigue ressentie par les pilotes quel que soit leur niveau d'expérience et ceux-ci peuvent concentrer d'autant leur attention sur les observations de leur espace aérien. Le capteur d'accélération 7 (= support piezorésistif à charge unique) détermine le signal du facteur de charge, composé en cours de vol circulaire de l'accélération et de la force centrifuge La calculatrice 8 rend possible la comparaison du type (positif/négatif), de la taille et de la durée effective par rapport aux valeurs limites admissibles de l'entrée 3 ou de la mémoire RAM 4 Les sorties 11,12 optique et acoustique alertent le pilote en cas de danger de dépassement A l'instar d'un dispositif à aiguille entraî- née, la sélection des valeurs maximales se fait en comparant, en termes de signe et de dimension absolue, la valeur instantanée du capteur d'accélération 7 avec les valeurs maximales provisoires déjà mémorisées dans une autre cellule de la mémoire RAM 4 L'enregistrement se fait par l'écriture des valeurs maximales des deux dimensions de même signe dans la cellule appropriée de la mémoire RAM 4. L'affichage du facteur de charge indique au pilote la charge instantanée Les valeurs maximales enregistrées sont interrogées particulièrement après le vol et repré- sentent une aide au processus décisionnel pour savoir si, du fait d'efforts mécaniques excessifs, l'appareil doit être contrôlé avant toute réutilisation. Conforment à la Figure 4, l'altimètre, le variomètre et l'accéléromètre destiné à l'affichage de l'accélération verticale et du facteur de charge belon la Figure 3 peuvent ensemble être réalisés avec un manomètre 2, un capteur d'accélération 7 dans un couplage en commun avec une petite calculatrice 8, une mémoire RAM 4, un dispositif d'entrée 3, par exemple un clavier, et un indicateur optique et acoustique 11, 12 ainsi qu'avec un logiciel approprié. REVENDICATIONS 1 Instrument de vol ( 1) destiné à afficher l'accéleration verticale, caracterisé en ce qu'il comporte un manomètre ( 2), une calculatrice ( 8) et au moins un indicateur ( 11,12). 2 Instrument de vol ( 1) selon la revendication 1 caracterisé en ce qu'il comporte un manomètre ( 2), au moins un dispositif différenciateur ( 5, 5 '), une calculatrice ( 8) et au moins un indicateur ( 11,12) 3 Instrument de vol ( 1) selon les revendications 1 et 2 'caractérisé en ce qu'il comporte un manomètre ( 2), au moins un dispositif différenciateur ( 5, 5 '), un convertisseur analogiquenumérique, une calculatrice ( 8) et au moins un indicateur ( 11,12). 4 Instrument de vol ( 1) selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le manomètre ( 2) est un composant piezorésistif. Instrument de vol ( 1) selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif différenciateur ( 5, ') est une calculatrice analogique. 6 Instrument de vol ( 1) selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la calculatrice ( 8) calcule l'augmentation de la fonction de changement de la vitesse ascensionnelle. 7 Instrument de vol ( 1) selon les revendications 1 à 6 destiné à afficher l'accélération verticale, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur d'accélération ( 7) devant déterminer le facteur de charge. 8 Instrument de vol ( 1) selon les revendications 1 à 7 destiné à afficher l'accélération verticale, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'entrée ( 3) et au moins une mémoire RAM ( 4).