Brevet FR2701919A1 — publié le 19940902

"Magasin pour conducteur de liaison entre un engin volant téléguidé récupérable et un poste de commande au sol" L'invention se rapporte à un magasin pour conducteur de liaison entre un engin volant téléguidé récupérable et un poste de commande à terre. Beaucoup d'engins volants ou missiles guidés par fil sont prévus pour être détruits en fin de trajectoire, celle-ci représentant d'ailleurs un trajet aussi court que possible entre le départ à proximité du poste de commande, et l'arrivée en fin de trajectoire. Le fil de guidage, ou conducteur de liaison, est lui aussi normalement perdu, et ne sert pratiquement qu'à envoyer à l'engin, depuis le poste de commande, les signaux nécessaires à l'adaptation de la trajectoire. Le fil est alors enroulé sur un touret et situé à l'arrière de l'engin, de manière à se dévider à vitesse nulle par rapport au sol, et à se poser progressivement sans risquer de s'accrocher à un obstacle. On évite ainsi le risque d'une rupture accidentelle du conducteur de liaison qui existerait, si le fil était tiré sur le sol à la vitesse de déplacement de l'engin. Une autre application d'engins volants téléguidés est constituée par des engins d'observation, équipés d'une caméra. Le conducteur de liaison permet alors un échange de signaux entre l'engin et le poste de commande, l'engin recevant des signaux de commande des paramètres de vol et d'orientation de la caméra, et émettant des signaux d'image. On peut limiter le poids embarqué à ce qui est nécessaire strictement au pilotage, à l'orientation de la caméra et à la transmission des signaux d'image, et utiliser des engins de taille réduite et de poids limité, en omettant tout ce qui, dans un aéronef classique, a trait à l'information, au confort et à la sécurité d'un équipage. Dans ce type d'application, l'usage d'un conducteur de liaison permet de s'affranchir de certaines contraintes des transmissions hertziennes à grand débit d'information, à savoir la nécessité d'aériens orientables directifs, les risques de brouillage et d'indiscrétions, et le poids des émetteurs embarqués. Ce type d'engin a l'avantage d'être récupérable, dès lors que le retour de l'engin à sa base de départ ne conduit pas à une surcharge du fait des équipements nécessaires. Même si on ne demande pas à des engins volants d'observation de vitesses de croisière du même ordre que celle des missiles guidés par fil, les durées de vol doivent être incomparablement plus longues (par exemple 1/4 d'heure à 25 m/s), de sorte que la distance parcourue pendant un vol (22 500 m selon l'exemple precédent) est supérieure de près d'un ordre de grandeur à celle des engins classiques guidés par fil. Il n'est donc pas question d'embarquer une longueur de conducteur de liaison correspondant à la distance parcourue en vol. Il n'est d'ailleurs pas question non plus de dérouler depuis le poste de commande le fil attaché à l'engin qui devrait avoir une trajectoire sensiblement rectiligne et ne serait pas récupérable. Enfin les pertes dans un conducteur d'une telle longueur interdiraient une transmission en large bande. Comme un engin d'observation guidé par fil restera normalement dans une zone d'action limitée, on a proposé de limiter la longueur du conducteur de liaison déroulé et, lorsque cette longueur est déroulée, de faire évoluer l'engin en trajectoires bouclées telles que le conducteur de liaison soit soumis en permanence à une traction inférieure à une valeur de tension mécanique susceptible d'amener la rupture du conducteur, mais toutefois suffisante pour que la pente du conducteur soit toujours positive au sortir du poste de commande, de façon que le conducteur ne s'accroche pas à un obstacle. On notera que les réactions aérodynamiques sur le conducteur entraîné par l'engin ont pour effet d'écarter le conducteur de liaison du plan vertical qui contient le poste de commande et l'engin. On a montré expérimentalement qu'il existe des trajectoires pour lesquelles, avec une longueur fixe de conducteur de liaison, la tension mécanique du conducteur est maintenue entre une valeur maximale choisie, avec un facteur de sécurité, pour éviter un risque de rupture du conducteur, et une valeur minimale où la pente du conducteur est toujours positive, partant du poste de commande. On remarquera que, en raison de la faible masse linéique du conducteur de liaison, et des capacités d'accélération limitées d'engins volants réunissant la capacité d'emport nécessaire et la rusticité désirable, on pourra considérer que le conducteur est en conditions stationnaires, et que sa tension mécanique est sensiblement constante sur toute la longueur. Les trajectoires qui maintiennent la tension mécanique à une valeur intermédiaire entre les valeurs maximale et minimale évoquées précédemment, en maintenant fixe la longueur déroulée du conducteur de liaison, sont constituées de boucles enchaînées, qui permettent de maintenir l'engin dans une zone d'observation limitée utile. Toutefois ces trajectoires sont relativement rigides, et nécessitent un personnel entraîné pour les suivre. Elles peuvent se révéler inadéquates, soit que les scènes à observer se situent en dehors de la zone survolée, soit que les circonstances météorologiques (rafales de vent, par exemple) apportent aux trajectoires des perturbations inadmissibles. Enfin la récupération de l'engin volant peut être rendue difficile en raison de l'excédent de longueur du conducteur déroulé par rapport à la distance qui sépare le poste de commande et l'aire d'atterrissage. Si l'engin lui-même peut être récupérable, le conducteur de liaison ne le sera pas. Or, il va de soi que, si l'on choisit un conducteur qui présente simultanément un diamètre et une masse linéique faible, une excellente ténacité, et une bande passante large, son prix exclura qu'on en perde à chaque vol quelques milliers de mètres. Pour autoriser une meilleure couverture de la zone survolée, et permettre une récupération tant de l'engin volant lui-même que du conducteur de liaison, l'invention propose un magasin pour un conducteur de liaison entre un engin volant téléguidé récupérable et un poste de commande au sol, caractérisé en ce que le magasin, situé au poste de commande, comporte un touret portant des spires de réserve du conducteur et équipé d'un moyen de dévidage-envidage couplé à ce moteur, un détecteur de tension mécanique inséré sur un trajet du conducteur en sortie du touret et délivrant un signal image de tension, et un dispositif d'asservissement pilotant le moteur dans un sens qui ajuste le signal de tension sur un signal de consigne On comprend que si la trajectoire de l'engin conduit à exercer sur le conducteur de liaison une traction qui excède celle que représente le signal de consigne, le dispositif d'asservissement pilote le moteur dans le sens qui produit un dévidage de quelques spires de réserve, et une réduction corrélative de tension sur le conducteur de liaison. En sens inverse, si la tension mécanique vient à diminuer pour être inférieure à celle que représente le signal de consigne, le moteur pilotera un envidage du conducteur de liaison. Il sera alors possible de déroger partiellement aux règles qui fixent les trajectoires à tension constante, et d'ajuster ces trajectoires au mieux des circonstances. Et la récupération du conducteur de liaison avec l'engin volant devient aisée, ce conducteur s'envidant sur le touret durant la phase de retour du vol de l'engin. De préférence le conducteur de liaison est constitué d'une fibre optique. Grâce à la largeur de bande passante de la fibre optique, et aux possibilités de transmission bidirectionnelle, il est possible de télécommander l'engin, et de recevoir des images vidéo, et ce avec une excellente discrétion. En disposition préférée le touret est fixe, et le moyen de dévidage-envidage comprend un doigt mobile en rotation coaxialement au touret, avec un guide-fil propre à assurer un renvoi angulaire entre les spires de réserve et un oeillet de sortie sensiblement dans l'axe du touret. Le maintien en position fixe du touret permet de réduire considérablement l'inertie des pièces tournantes. On améliore ainsi la vitesse de réponse de l'asservissement et les transitoires de tension mécanique sur le conducteur de liaison. En outre, le touret étant fixe, l'extrémité du conducteur de liaison peut être couplée aux circuits de commande et de réception sans interposition d'un joint tournant. Pour la détection de tension la forme préférée comprendra, entre deux guide-fil fixes, un guide-fil déplaçable latéralement sous l'action d'un moyen élastique en sorte de définir, pour le conducteur de liaison, un trajet angulaire entre les guide-fil avec une flèche fonction de l'inverse de la tension, et un capteur de déplacement sensible à la flèche pour délivrer un signal image de tension. Des caractéristiques secondaires et les avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un poste de commande d'engin volant téléguidé comprenant un magasin selon l'invention ; la figure 2 est une vue plus détaillée d'un magasin selon l'invention. Selon le mode de réalisation choisi et représenté, à un poste de commande 4 d'un engin téléguidé récupérable 3 est disposé un magasin, 1 dans son ensemble, pour un conducteur 2 de liaison du poste de commande 4 à l'engin 3. Le poste de commande 4 comprend un boîtier de commande 5 pour le guidage de l'engin, et un moyen d'affichage 6. Le conducteur de liaison 2 aboutit au poste de commande de sorte que le boîtier de commande 5, muni d ' un manche à balai 5a, peut envoyer des signaux de pilotage à l'engin volant 3, et que, cet engin étant équipé d'une caméra vidéo 3a, les signaux émis par cette caméra 3a peuvent parvenir, par le conducteur 2, au moyen d'affichage 6 pour reproduire les images vues de l'engin 3. Ici le conducteur 2 est une fibre optique du type avec une âme de silice enrobée d'une matière polymère, capable de transmettre des signaux optiques sur plusieurs milliers de mètres sans affaiblissement gênant. Le magasin 1 comporte un touret 10 fixe, à axe vertical, avec un développement périphérique de l'ordre du mètre, sur lequel sont enroulées des spires de réserve de fibre optique 2, en quantité suffisante pour permettre à l'engin volant 3 d'avoir accès à toute la zone d'action assignée, et cependant assurer à tout moment que la fibre 2 quitte le magasin 1 avec une pente montante, pour ne pas traîner sur le sol, ni s'accrocher à des obstacles bas. Le vol de l'engin 3 implique des variations incessantes de longueur de fibre optique entre le magasin 1 et l'engin 3, et donc des variations complémentaires du nombre de spires de réserve, dévidées ou envidées. Pour le dévidage-envidage, le touret 10 est équipé d'un doigt 11 horizontal, fixé par son centre sur l'arbre vertical d'un moteur d'envidage-dévidage 13, cet arbre vertical étant disposé sur l'axe du touret 10. Ce doigt 11 est équipé à une extrémité d'une roulette folle formant guide-fil 12, et se termine à l'autre extrémité par un contrepoids 12a, pour équilibrer le doigt 11. La roulette 12 comporte entre deux joues une gorge à section arrondie qui définit un cheminement pour le conducteur en fibre optique 2.L'axe de la roulette 12 est orienté sur le doigt 11 de telle sorte qu'une tangente horizontale à la gorge, en dessous de l'axe, soit tangente à la jante de touret 10, et qu'une autre tangente à la gorge de roulette 12 passe par un oeillet 14 fixe, au-dessus du touret 10 et sensiblement sur l'axe du touret 10, avec lequel coïncide l'arbre du moteur 13. Ainsi le dévidage ou l'envidage de la fibre optique maintient le brin de fibre optique horizontal entre roulette 12 et jante du touret 10, tandis que le brin compris entre la roulette 12 et l'oeillet 14 est maintenu à longueur constante. Au-delà de l'oeillet 14, le conducteur ou fibre optique passe dans un capteur de tension 15 qui fournit, à l'entrée d'un amplificateur comparateur 18 un signal fonction de la tension du conducteur, qui est comparé à une valeur de seuil de consigne. L'amplificateur 18 alimente le moteur 13 de telle façon qu'un écart entre la tension mesurée par le capteur 15 et la valeur de consigne provoque un envidage ou un dévidage de la fibre optique 2 dans le sens qui annule cet écart. En se reportant à la figure 2, on voit que le magasin 1 comporte un bâti composé de trois plateaux 20, 21 et 22, horizontaux et maintenus en superposition par des colonnes 23, 23'. Le plateau inférieur supporte le touret 10, et le moteur 13, du type moteur d'asservissement à courant continu dont le couple est sensiblement proportionnel au courant traversant. Le plateau intermédiaire est muni d'un oeillet de passage 14, dans le prolongement de l'axe du moteur 13, comme il a été précisé plus haut ; en outre l'ensemble des plateaux intermédiaire 21 et supérieur 22, maintenus à distance constante par les colonnes 23, 23', constitue une armature pour le support de capteur de tension 15.Celui-ci se compose, de part et d'autre d'une roulette à gorge intermédiaire 150 suspendue au plateau supérieur 22 par un ressort 153, d'une roulette à gorge d'entrée 151, et d'une roulette à gorge de sortie 152, montées folles sur des supports fixés au plateau intermédiaire 21. La roulette intermédiaire 150 est montée folle dans une chape guidée verticalement à l'extrémité inférieure du ressort 153. Les axes des roulettes 150, 151 et 152 sont horizontaux et parallèles, et les supports de ces roulettes sont tels que leurs gorges sont situées dans un même plan vertical passant également par le centre de l'oeillet 14.Le conducteur 2 ou fibre optique sortant de cet oeillet 14 passe dans la gorge de la roulette d'entrée 151 au-dessus de l'axe de cette dernière, puis dans la gorge de la roulette intermédiaire 150 au-dessus de l'axe de celle-ci, dans la gorge de la roulette de sortie 152 en dessous de l'axe de celle-ci, puis monte verticalement pour passer dans un oeillet 16 inséré dans le plateau supérieur 22 et de là s'étendre jusqu'à l'engin volant 3. Les oeillets 14 et 16 sont analogues à des oeillets de canne à lancer, et sont constitués de bagues toriques en matériau polymère à faible coefficient de frottement. Bien que cela n'apparaisse pas nettement sur les figures, les roulettes 150, 151 et 152 sont disposées de telle sorte que, au moins lorsque l'élongation du ressort 153 correspond à la tension de consigne du conducteur 2, les brins entre cette roulette 150 et les roulettes 151 et 152 respectivement, soient d'égale longueur et également inclinés par rapport à la verticale, afin que la résultante de tension sur la roulette 150 soit verticale. La chape de la roulette intermédiaire 150 est solidaire du curseur d'un potentiomètre rectiligne 17, alimenté par une tension continue stable, de façon que la tension électrique sur ce curseur soit une fonction directe de l'élongation du ressort 153, et donc de la tension mécanique du conducteur 2 ou fibre optique. Au ressort 153 est associé un amortisseur visqueux 154, dit "dash-pot" déterminé de façon que le système oscillant constitué de l'élasticité du ressort 153 et de l'inertie de la roulette 150 avec sa chape soit sensiblement au régime critique, pour éviter des pompages. Schématiquement, la tension sur le curseur 17 est comparée à une valeur de seuil et l'écart amplifié par l'amplificateur 18a, et la tension de sortie appliquée à la base d'un transistor de puissance 18b dont l'espace émetteur-collecteur est monté en série avec l'enroulement du moteur 13 entre les bornes d'une source de tension continue non représentée. Comme il a été dit auparavant, le couple mécanique délivré par le moteur 13 est directement fonction du courant traversant, quels que soient la vitesse et le sens de rotation de ce moteur 13. Ainsi, lorsque la tension sur le conducteur en fibre optique 2 exercée par l'engin volant 3, conjointement avec les actions de l'environnement (pesanteur et vitesse relative du vent notamment) devient inférieure à la tension de consigne, le couple de moteur 13 agit pour un envidage, tandis que l'amplificateur 18 agit pour augmenter le couple lors de l'accélération en rotation du doigt 11. Inversement, si la tension sur le conducteur en fibre optique 2 s'accroît au-delà de la valeur de consigne, le moteur 13 laisse le doigt 11 tourner pour un dévidage, tandis que l'amplificateur 18 réduit le couple de ce moteur pour tenir compte de l'inertie. Bien entendu, si les conditions opératoires nécessitent des accélérations qui entraînent des couples d'inertie supérieurs au couple nominal du moteur pour la tension mécanique de consigne, l'amplificateur 18 pourra être équipé d'une régulation PID, et le courant fourni au moteur pourra s'inverser pour participer à l'accélération de dévidage. Par ailleurs, pour pouvoir accumuler sur le touret 10 une réserve de spires de conducteur en fibre optique 2 correspondant à plusieurs milliers de mètres, le doigt 11 sera avantageusement équipé d'un dispositif de trancanage tel que la rotation du doigt soit accompagnée d'un va-et-vient en hauteur de la roulette 12, de façon que les spires se répartissent régulièrement en hauteur sur la périphérie du touret 10, en couches successives. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications. Notamment le touret, au lieu d'être à axe vertical, pourrait être tournant à axe horizontal, même si l'inertie du touret nécessitait un asservissement nettement plus puissant, et si l'extrémité de la fibre optique sur le touret devait être munie d'un coupleur tournant en direction de l'ensemble de pilotage et d'affichage. On pourrait également prévoir des capteurs de tension mécanique différents de celui qui a été décrit. REVENDICATIONS 1. Magasin (1) pour un conducteur de liaison (2) entre un engin volant téléguidé (3) récupérable et un poste de commande au sol (4), caractérisé en ce que le magasin (1), situé au poste de commande, comporte un touret (10) portant des spires de réserve du conducteur et équipé d'un moyen de dévidage-envidage (11) couplé à un moteur (13), un détecteur de tension mécanique (15) inséré sur un trajet du conducteur (2) en sortie du touret (10) et délivrant un signal image de tension, et un dispositif d'asservissement (17, 18) pilotant le moteur (13) dans un sens qui ajuste le signal de tension sur un signal de consigne. 2. Magasin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur de liaison (2) est constitué d'une fibre optique. 3. Magasin selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le touret (10) est fixe, et le moyen de dévidage-envidage comprend un doigt mobile (11) en rotation coaxialement au touret, avec un guide-fil (12) propre à assurer un renvoi angulaire entre les spires de réserve sur le touret (10) et un oeillet (14) de sortie sensiblement dans l'axe du touret (10). 4. Magasin selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le détecteur de tension (15) comprend, entre deux guide-fil fixes (151, 152), un guide-fil (150) déplaçable latéralement sous l'action d'un moyen élastique (153) en sorte de définir pour le conducteur de liaison (2), un trajet angulaire entre les guide-fil (151, 150, 152) avec une flèche fonction de l'inverse de la tension, et un capteur de déplacement (17) sensible à la flèche pour délivrer un signal image de tension.