Brevet FR2692036A1 — publié le 19931210

Les indicateurs d'attitude pour avion, communément connus sous le nom d'horizons artificiels, sont utilisés dans les avions pour indiquer au pilote l'attitude de l'avion relativement à une référence, habituellement l'horizon, bien qu'il s'agisse en réalité d'un plan horizontal Il est d'une importance considérable que l'instrument soit précis puisqu'il donne au pilote la seule référence dont il dispose lorsque l'horizon réel n'est pas visible Bien qu'il soit habituel de réaliser des instruments commandés par des systèmes de navigation par inertie, il est aussi de pratique habituelle de prévoir au moins un instrument électromécanique comme instrument de secours en prévision du cas o le complexe système de navigation par inertie serait défaillant pour une raison quelconque. Le type habituel d'instrument électromécanique utilise un gyroscope dont le rotor est en rotation autour d'un axe sensiblement vertical, dans un cercle de cardan intérieur qui est supporté pour être mobile en rotation dans un cercle de cardan extérieur autour d'un axe transversal à l'axe de roulis de l'avion Ce dernier cercle est lui-même supporté pour être mobile en rotation dans un boîtier qui contient l'instrument, l'axe du cercle extérieur étant habituellement perpendiculaire à une fenêtre du boîtier Un élément indicateur, qui est fréquemment en forme de partie de sphère est aussi monté dans le cercle extérieur pour être mobile en rotation autour d'un axe parallèle à celui du cercle intérieur L'élément indicateur est relié au cercle intérieur du gyroscope par un mécanisme inverseur, de manière que l'élément indicateur soit en rotation par rapport au cercle extérieur dans le sens inverse du cercle intérieur La fenêtre du boîtier porte une maquette 2 2692036 figurant l'avion, placée au centre de la fenêtre, et la surface de l'élément porte des marques qui indiquent l'horizon et, éventuellement, également les écarts en tangage par rapport au vol horizontal On connait déjà plusieurs agencements physiques différents pour le cercle intérieur et pour l'élément indicateur contenu dans le cercle extérieur. Un instrument du type général décrit ci-dessus est conçu pour être monté de telle manière que l'axe du cercle extérieur soit parallèle à l'axe de roulis de l'avion Toutefois, les avions sont habituellement équipés d'un panneau d'instruments incliné pour faciliter la visibilité des instruments Ceci signifie que l'instrument classique est susceptible d'être monté avec l'axe du cercle extérieur incliné d'un certain angle par rapport à l'axe de roulis de l'avion, angle qui peut atteindre jusqu'à 10 à 200. L'utilisation de l'instrument classique monté de cette façon peut conduire à des erreurs de l'indication donnée par l'instrument, qui peuvent atteindre de graves proportions Si, par exemple, un instrument du type décrit est monté dans un panneau incliné de 100 sur la verticale, l'axe du cercle extérieur est incliné de au-dessous de l'axe de roulis de l'avion Habituellement, on règle l'instrument en décalant l'indicateur d'horizon de telle manière que l'instrument donne une indication correcte lorsque l'avion est en vol horizontal Si l'avion effectue un tonneau de 1800 tout en volant en vol horizontal, le cercle extérieur se déplace d'un angle de 200 dans le plan vertical qui contient l'axe de roulis de l'avion, puisque l'axe du cercle extérieur est maintenant à 10 au-dessus de l'axe de roulis de l'avion. L'instrument montre donc un décalage de 20 vers le haut par rapport au vol horizontal, même si l'avion est encore en vol horizontal. Un but de l'invention est de réaliser un indicateur d'attitude d'avion dans lequel les erreurs de tangage soient considérablement réduites. Selon la présente invention, on réalise un indicateur d'attitude d'avion destiné à être monté dans un panneau d'instruments incliné, l'indicateur comprenant un boîtier destiné à être fixé au panneau et possédant un axe longitudinal disposé pour être perpendiculaire au plan du panneau en utilisation, un élément support monté dans le boîtier pour être mobile en rotation autour dudit axe longitudinal, un élément indicateur supporté par l'élément support pour être mobile en rotation autour d'un axe perpendiculaire audit axe longitudinal et ayant sur sa surface un horizon indiqué qui coupe l'axe longitudinal lorsque cet axe est horizontal, un gyroscope à un seul degré de liberté, ayant un cercle intérieur monté sur l'élément support avec son axe de rotation parallèle à celui de l'élément indicateur, une transmission inverseuse, qui interconnecte le cercle intérieur du gyroscope et l'élément indicateur, et une maquette fixée au boîtier de l'instrument, dans une position adjacente à la surface de l'élément indicateur et qui est décalé par rapport audit axe longitudinal d'une distance sensiblement égale au décalage entre l'horizon indiqué et cet axe lorsque l'avion est dans une attitude prédéterminée. Lorsqu'on dit que le décalage de la maquette est "sensiblement égal" à celui de l'horizon indiqué, cela couvre de petites variations de position destinées à annuler les erreurs de parallaxe dues au fait que la ligne de visée de l'observateur de l'instrument ne coïncide pas avec l'axe longitudinal de l'instrument On suppose que, comme cela est normal dans ces instruments, la maquette est placée très près de la surface de l'élément indicateur. L'attitude prédéterminée de l'avion, prise pour référence lors du positionnement de la maquette, peut dépendre du type et de la mission de l'avion sur lequel l'instrument est utilisé. L'invention sera à présent décrite en référence au dessin annexé, qui montre un schéma d'un indicateur d'attitude d'un avion selon l'invention. On se reportera maintenant à la figure 1; cette figure montre un instrument comprenant un boîtier 10 ayant une fenêtre transparente 11 à une extrémité Un flasque de montage 12 est prévu pour fixer l'instrument à un panneau d'instruments 13 Le panneau est représenté dans une disposition inclinée d'un angle O sur la verticale La ligne 14 en trait mixte représente l'axe horizontal (ou axe de roulis) de l'avion A l'intérieur du boîtier 10, se trouve un élément support 15 présenté sous la forme d'un cercle extérieur qui est supporté pour être mobile en rotation autour d'un axe 16 par des paliers appropriés (non 4 2692036 représentés) L'axe 16 est en fait l'axe longitudinal de l'instrument et il est perpendiculaire à la fenêtre 11 Dans le cercle extérieur 15, est monté un gyroscope 17 à un seul degré de liberté ayant un rotor 18 porté dans un cercle intérieur 19 L'axe de rotation 20 du rotor 18 est sensiblement vertical lorsqu'il est en fonctionnement L'axe de rotation du rotor est perpendiculaire à l'axe 21 du cercle intérieur, qui est lui même perpendiculaire à l'axe 16 du cercle extérieur Un élément indicateur 22 est lui aussi monté pivotant dans l'élément support 15, pour être mobile en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe 21 du cercle intérieur Cet élément est un élément cylindrique ou en forme de partie de sphère, dont une partie de la surface est visible à travers la fenêtre 11 La surface de l'élément indicateur 22 est divisée en deux parties par une ligne 23 parallèle à l'axe de rotation et représentant l'horizon, les parties de la surface qui sont au-dessus et au-dessous de cette ligne étant habituellement de couleurs différentes La ligne 23 est positionnée pour se trouver sur l'axe longitudinal 16 lorsque cet axe est horizontal Habituellement, la surface porte aussi des indications de l'angle de piqué et de montée, tandis que l'angle de roulis peut être indiqué par le mouvement d'une aiguille fixée au cercle 11, relativement à une échelle graduée fixée au boîtier 10, et qui sont tous deux visibles à travers la fenêtre 11 L'élément indicateur est entraîné par le mouvement du cercle intérieur 19, par une certaine forme de mécanisme de transmission inverseuse, tel qu'un train d'engrenages, représenté ici sous la forme qui comprend deux engrenages intermédiaires portés par l'élément support 15. Une maquette 25, qui figure l'avion, est fixée au boîtier 10 de l'instrument ou à la fenêtre 11 de manière à être visible sur la surface de l'élément indicateur 22. Lorsque l'instrument est monté dans un panneau d'instruments incliné comme représenté, l'indicateur d'horizon 23 est écarté de l'axe longitudinal 16 de l'instrument d'un angle indiqué, égal à l'angle O d'inclinaison du panneau Toutefois, le rapport d'engrenage 5 n de la transmission inverseuse, qui est intercalée entre le gyroscope et l'élément indicateur, est habituellement supérieur à l'unité, par exemple 1,5 De cette façon, l'élément indicateur 22 sera en réalité tourné d'un angle n O Si la maquette était placée sur l'axe de l'instrument, l'instrument indiquerait un angle de piqué de E lorsque l'axe de roulis 14 de l'avion est en fait horizontal Pour cette raison, selon l'invention, la maquette est décalée vers le haut pour annuler l'angle de piqué indiqué. En supposant que l'instrument est vu par un observateur selon une ligne de visée parallèle à l'axe 16, la maquette 25 est décalée par rapport à cet axe d'une valeur égale au décalage de l'indicateur d'horizon 23, de sorte que l'avion apparait en vol horizontal Si l'avion tourne autour de l'axe horizontal 14, il se produit un mouvement descendant de la maquette 25, selon une loi identique à celle du mouvement descendant de l'indicateur d'horizon 23, de manière à maintenir une indication de vol horizontal à tous les angles d'inclinaison. L'un des problèmes qui se posent lorsqu'on étalonne un indicateur d'attitude d'avion consiste à déterminer une attitude de référence pour l'avion Il peut se produire que l'axe de roulis de l'avion au sol soit horizontal Au contraire, en vol, la situation est différente en ce sens que l'avion tend à voler horizontalement dans une attitude cabrée Toutefois, l'angle de cabré est lui même variable, selon la vitesse de l'avion et selon sa charge, à la fois en poids total et en position de son centre de gravité Bien que ces critères ne varient pas beaucoup dans le cas d'un avion civil, la situaiton peut être différente dans un avion militaire qui porte des munitions largables Il en résulte que, quelle qu'elle soit, la position de référence dont on décidera sera un compromis Toutefois, quelle que soit l'attitude de référence pour laquelle la maquette est fixée, l'attitude de tangage indiquée de l'avion sera toujours exempte d'erreur lorsque l'avion vole dans une attitude de tangage, pour toutes les valeurs de l'angle de roulis Si l'attitude de tangage change, l'erreur maximum indiquée à un angle de roulis de 1800 sera le double de la différence de l'angle de tangage par rapport à la référence Ceci sera inférieur à l'erreur maximum, pouvant atteindre deux fois l'inclinaison du panneau d'instruments, qui se serait produite dans un instrument standard. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué, la position qu'on a décidé de donner à la maquette peut prendre en compte le fait que l'instrument n'est pas vu selon une ligne de visée parallèle à l'axe de l'instrument La correction de l'erreur de parallaxe qui en résulte est facile à calculer lorsqu'on connait la position moyenne des yeux de l'observateur. En outre, si la maquette se trouve à un distance appréciable de la surface du cylindre de l'indicateur, les erreurs de parallaxe seront plus prononcées Toutefois, la construction de la plupart des indicateurs d'attitude est conçue pour réduire cet effet. La transmission inverseuse qui interconnecte le cercle intérieur du gyroscope et l'élément indicateur ne doit pas nécessairement être un mécanisme à engrenages On connait aussi d'autres formes de mécanismes appropriés pour cette fonction D'autres modifications de formes connues peuvent être appliquées à d'autres aspects de l'instrument. R E V E N D I C A T I O N S 1 Indicateur d'attitude d'avion destiné à être monté dans un panneau d'instruments incliné, l'indicateur comprenant un boîtier destiné à être fixé au panneau et possédant un axe longitudinal agencé pour être perpendiculaire au plan du panneau en utilisation, un élément support monté dans le boîtier pour être mobile en rotation autour dudit axe longitudinal, un élément indicateur supporté par l'élément support pour être mobile en rotation autour d'un axe perpendiculaire audit axe longitudinal et ayant sur sa surface un horizon indiqué qui coupe l'axe longitudinal lorsque cet axe est horizontal, un gyroscope à un seul degré de liberté, ayant un cercle intérieur monté sur l'élément support avec son axe de rotation parallèle à celui de l'élément indicateur, une transmission inverseuse, qui interconnecte le cercle intérieur du gyroscope et l'élément indicateur, et une maquette fixée au boîtier de l'instrument, dans une position adjacente à la surface de l'élément indicateur et qui est décalé par rapport audit axe longitudinal d'une distance sensiblement égale au décalage de l'horizon indiqué par rapport à cet axe lorsque l'avion est dans une attitude prédéterminée. 2 Indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier comprend une fenêtre montée perpendiculairement audit axe longitudinal. 3 Indicateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la maquette est portée par la fenêtre. 4 Indicateur selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la transmission inverseuse comprend un train d'engrenages.