Brevet FR2700023A1 — publié le 19940701

DISPOSITIF DE MAINTIEN ET DE GUIDAGE POUR COLLIMATEUR La présente invention concerne un dispositif de maintien et de guidage d'un collimateur, notamment pour un collimateur destiné à être monté au plafond d'un aéronef, et susceptible d'être déplacé selon une trajectoire complexe entre une position opérationnelle et une position rangée. Le collimateur est un équipement optoélectronique qui, placé devant les yeux du pilote, permet de superposer au paysage extérieur, des images synthétiques collimatées à l'infini Ces images doivent être positionnées avec précision par rapport aux références de l'aéronef. A l'heure actuelle, certains collimateurs sont fixés au plafond de l'aéronef, au-dessus de la tête du pilote Lorsque ce dernier veut l'utiliser, il lui suffit d'abaisser devant ses yeux une glace semiréfléchissante faisant partie du collimateur, laquelle glace a justement pour rôle de superposer les images au paysage. L'inconvénient de ce type de collimateurs est qu'ils restent proches de la tête du pilote, même en position non-opérationnelle. Pour remédier à ce problème de proximité, certains collimateurs, mobiles en translation sur un support fixé au plafond de l'aéronef, ont été proposés Dans ce type de collimateurs, le pilote peut manoeuvrer, manuellement ou par une motorisation, le collimateur en le translatant sur son support, soit vers sa position opérationnelle, soit vers sa position de rangement. L'inconvénient de ces collimateurs réside dans le fait qu'ils ne peuvent s'adapter qu'à un style d'environnement. Or, d'un avion à un autre, certaines contraintes d'encombrement peuvent empêcher la mise en place d'un collimateur mobile entre deux points donnés par une simple translation. Un premier objectif de l'invention est de proposer un dispositif assurant le maintien et le guidage du collimateur selon une trajectoire complexe, typiquement à 6 degrés de liberté, entre sa position opérationnelle et sa position de rangement, cette trajectoire étant prédéterminée en fonction de l'espace disponible dans l'aéronef. Un second objectif de l'invention est de proposer un tel dispositif de maintien et de guidage dont la fabrication soit aisément adaptable en fonction de la trajectoire prédéterminée que l'on impose, laquelle trajectoire peut varier d'un aéronef à l'autre. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de maintien et de guidage d'un collimateur dans un aéronef selon une trajectoire prédéterminée permettant au collimateur d'être déplacé par l'action de moyens de commande, entre une position opérationnelle et une position rangée, le dispositif étant caractérisé en ce que, la trajectoire étant prédéterminée dans un espace à trois dimensions (X, Y, Z), il comporte: Une première structure fixée à l'aéronef par des premiers moyens de fixation, et comportant une rainure de guidage centrale comprenant deux parois internes parallèles à une première trajectoire plane, ainsi que deux rainures de guidage latérales de part et d'autre de la rainure centrale, comprenant chacune deux parois internes parallèles à une seconde et une troisième trajectoires, la seconde et la troisième trajectoires étant situées dans deux plans sensiblement parallèles entre eux, et perpendiculaires à la première trajectoire; Une seconde structure solidaire du collimateur par des seconds moyens de fixation, et mobile par rapport à la première structure par l'intermédiaire d'un dispositif de guidage central et d'un premier et second dispositifs de guidage latéraux, situés sur cette seconde structure et coopérant respectivement avec la rainure centrale et les rainures latérales de la première structure pour assurer le maintien et le guidage de la seconde structure et du collimateur sur chaque rainure, les trajectoires relatives à chaque rainure étant telles que leur combinaison assure un mouvement de la seconde structure selon la trajectoire prédéterminée. Le dispositif de maintien et de guidage selon l'invention tel qu'il va être décrit, permet également, de façon avantageuse, un démontage aisé du collimateur en cas de panne, et peut comporter des moyens qui assurent une bonne répétitivité de positionnement du collimateur en position opérationnelle. L'invention, ainsi que ses avantages, sera mieux comprise au vu de la description suivante, faite en référence aux figures annexées: La figure 1 montre un exemple de trajectoire complexe que doit suivre le collimateur par l'intermédiaire du dispositif de maintien et de guidage selon l'invention; La figure 2 est une vue éclatée d'un exemple de réalisation d'un dispositif de maintien et de guidage d'un collimateur selon l'invention; Les figures 3 A et 3 B sont des vues en perspective, respectivement de dessus et de dessous, de la première structure fixe faisant partie du dispositif de guidage et de maintien de la figure 2; La figure 4 est une vue de dessus en perspective de la seconde structure mobile faisant partie du dispositif de guidage et de maintien de la figure 2; La figure 5 est une vue dans le plan ZY illustrant un exemple de réalisation des moyens de fixation du collimateur à la structure mobile du dispositif selon l'invention. La figure 1 est un exemple de trajectoire complexe que doit pouvoir suivre un collimateur grâce au système de guidage et de maintien selon l'invention. La trajectoire, symbolisée par la courbe (C), est dite complexe en ce sens que, dans un espace à trois dimensions (espace de la cabine de pilotage notamment), de référentiel constitué par exemple par les trois axes orthogonaux X, Y, Z, elle peut correspondre à un mouvement susceptible de posséder six degrés de liberté, à savoir les trois translations selon les axes X, Y, Z et les trois rotations autour de ces mêmes axes. Le collimateur est symbolisé par trois points différents O, 1, R correspondant à trois positions successives de ce collimateur le long de la courbe (C) Un repère orthogonal lié à ce collimateur est également schématisé par les trois axes orthogonaux Xc, Yc, Zc dont les positions relatives par rapport aux axes X, Y, Z illustrent le mouvement à plusieurs degrés de liberté Le point O correspond plus exactement à la position opérationnelle du collimateur, position pour laquelle le repère (Xc, Yc, Zc) lié au collimateur est confondu ici avec le référentiel (X, Y, C) Le point R correspond, quant à lui, à la position de rangement du collimateur Enfin, on a représenté au point I une position intermédiaire du collimateur lors de son déplacement sur la courbe (C) Nous verrons ultérieurement qu'il est préférable qu'un morceau (C 1) de la trajectoire, au voisinage de la position opérationnelle O, soit rectiligne, ici selon l'axe X, de façon à assurer un bon positionnement du collimateur lors de son utilisation. Comme nous l'avons dit précédemment, la trajectoire complexe (C) est prédéterminée en fonction de l'espace disponible dans la cabine de pilotage de l'aéronef, lequel espace peut bien entendu varier d'un type aéronef à l'autre. La figure 2 est une vue éclatée selon l'axe Z d'un exemple de réalisation du dispositif de maintien et de guidage d'un collimateur selon l'invention, permettant le guidage selon une trajectoire prédéfinie: Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de maintien et de guidage est constitué de deux structures principales: Une première structure 3 fixée à l'aéronef, et dont nous détaillerons les éléments constitutifs en référence aux figures 3 A et 3 B; Une seconde structure 4 solidaire du collimateur (non visible sur la figure 2) et mobile par rapport à la première structure selon la trajectoire prédéfinie Là encore, nous détaillerons ultérieurement les éléments constitutifs de cette seconde structure, en référence à la figure 4. On a également représenté sur cette figure 2 un exemple de moyens de commande 2, permettant de déplacer la seconde structure 4, donc le collimateur, le long de la trajectoire prédéfinie Dans cet exemple, la commande est motorisée Les moyens de commande sont par exemple constitués d'un motoréducteur 20 entraînant en rotation un cardan 21 autour d'un axe confondu ici avec l'axe X, et plus généralement avec l'axe principal à la trajectoire Lors de cette rotation, une vis à billes 22 solidaire en rotation du cardan 21, est animée d'un mouvement de translation selon l'axe X; Un écrou à vis 23 concentrique à la vis 22, libre en rotation et solidaire en translation de la seconde structure 4 par tous moyens connus de solidarisation 24, est entraîné dans la translation de la vis 22 selon l'axe X par un écrou 25 venant par exemple fermer l'extrémité libre de la vis 22 Bien entendu, on peut également prévoir des moyens de commande manuels, sous forme par exemple d'une manette solidaire de la seconde structure 4, et actionnée directement par le pilote de l'aéronef. Les éléments constitutifs de la première structure 3 vont être à présent décrits en référence aux figures 3 A et 3 B, lesquelles représentent une vue respectivement de dessus et de dessous de cette première structure 3 dans l'espace à trois dimensions de repère orthogonal X, Y, Z: Cette première structure est fixée à l'aéronef par l'intermédiaire de premiers moyens de fixation 5, par exemple en trois points représentés par des trous sur les figures 3 A et 3 B Ces premiers moyens de fixation 5 sont constitués par tous moyens connus permettant une fixation rigide, de manière à pouvoir supporter le poids du dispositif complet et du collimateur. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, cette première structure 3 comporte trois rainures de guidage dont les trajectoires sont telles que leur combinaison constitue la trajectoire complexe prédéfinie: Plus précisément, la première structure 3 comporte, sur sa partie inférieure, une rainure de guidage centrale 30 comprenant deux parois internes 300 et 301 parallèles à une première trajectoire Cette première trajectoire est plane, et contenue ici dans le plan d'axes X, Y. La première structure 3 comporte en outre deux rainures de guidage latérales 31, 32 identiques, placés de part et d'autre de la rainure centrale 30 comprenant chacune deux parois internes référencées respectivement 310, 311 et 320, 321 Les deux parois 310 et 311 de la rainure 31 sont parallèles à une seconde trajectoire plane contenue dans le plan d'axes X, Z et les parois 320, 321 de la rainure 32 sont parallèles à une troisième trajectoire contenue également dans un plan d'axes X, Z. Une caractéristique importante de l'invention est donc d'avoir une trajectoire initiale complexe décomposée sur deux plans perpendiculaires en trois trajectoires planes plus simples, ce qui rend possible la fabrication et l'usinage de rainures. De manière avantageuse, la première structure 32 du dispositif selon l'invention comporte également trois doigts 6 identiques placés en trois endroits différents de la première structure 3 parallèlement à l'axe principal de la trajectoire, c'est-à-dire l'axe X dans notre cas de figures, et fixés à des butées 7 de la structure 3 préférentiellement perpendiculaire à cet axe principal De façon préférentielle, deux des trois butées 7 sont situées dans un même plan, ici le plan d'axe Z, Y contenant le point O de la figure 1 Le nombre et la position relative de ces doigts 6 sont nécessaires et suffisants pour assurer une bonne répétitivité de mise en position opérationnelle du collimateur En effet, le collimateur, non représenté sur les figures 3 A et 3 B, vient, lors de sa mise en position opérationnelle, s'enficher sur les trois doigts 6 par l'intermédiaire par exemple de trois trous, et atteint réellement sa position opérationnelle O lorsqu'il rencontre les butées 7 Afin de synchroniser l'enfichage du collimateur dans les trois doigts 6, il est nécessaire d'avoir une trajectoire rectiligne au moins sur sa longueur des doigts, ce qui explique la position rectiligne (C 1) montrée sur la figure 1. La figure 4 est une vue de dessus de la seconde structure mobile 4 faisant partie du dispositif de guidage et de maintien de la figure 2 Sur cette figure, apparaît également une partie des moyens de commande motorisée que nous ne redécrirons pas Pour simplifier, on ne va décrire que les éléments de cette seconde structure qui coopèrent avec les rainures 30, 31, 32 de la première structure 3 pour assurer un déplacement selon la trajectoire complexe (C): La seconde structure 4 est munie de trois dispositifs de guidage coopérant chacun avec l'une des trois rainures 30, 31, 32 Plus précisément, un premier dispositif de guidage central constitué de deux galets de roulement 8 a, 8 b d'axes de roulement 80 a, 80 b distincts et parallèles, vient coopérer avec la rainure de guidage centrale 30 Dans notre cas de figure, les galets de roulement 8 a et 8 b sont dans un plan d'axes X, Y et ont des axes de roulement 80 a, 80 b parallèles à l'axe Z Les galets ont un diamètre égal à la largeur de la rainure 30, et chacun vient en contact tangentiel avec chacune des parois internes 300 et 301 de la rainure centrale 30 De même, un premier dispositif de guidage latéral constitué de deux galets de roulement 9 a, 9 b d'axes de roulement respectifs 90 a, 90 b distincts et parallèles, vient coopérer avec l'une des rainures latérales, la rainure 32 dans notre cas de figure Afin d'éviter tout blocage des galets dans les rainures, les axes de roulement 90 a, 90 b des galets latéraux croisent chacun respectivement l'axe de roulement 80 a, 80 b des galets centraux Cela signifie que les galets 80 a, b et les galets 90 a, 90 b sont espacés par une même distance deux à deux. Comme précédemment, chaque galet 9 a, 9 b vient en contact tangentiel avec chaque paroi interne 320, 321 de la rainure latérale 32. Enfin, un second dispositif de guidage latéral constitué d'un seul galet de roulement 10 vient coopérer avec la rainure latérale restante, c'està-dire la rainure 31 dans notre exemple L'axe de roulement 10 a de ce galet 10 est parallèle aux axes de roulement 80 a, 80 b, et préférentiellement situé à égale distance de ces deux axes. La combinaison des cinq galets et des trois rainures précédentes permet d'avoir un mouvement possédant six degrés de liberté: En effet, la première trajectoire suivie par le dispositif de guidage central permet d'effectuer les translations suivant les axes X et Y De plus, la position relative des deux galets 80 a, 80 b permet d'effectuer une rotation autour de l'axe Z De même, les seconde et troisième trajectoires suivies par les premier et second dispositifs latéraux permettent d'obtenir la translation suivant l'axe Z, et la position relative des deux galets 9 a, 9 b permet d'avoir la rotation autour de l'axe Y Enfin, la rotation autour de l'axe X est créée par la position relative entre d'une part, les galets 9 a, 9 b, et d'autre part, le galet 10. Pour une trajectoire complexe ayant de faibles amplitudes de mouvement selon les trois axes, le fond des rainures peut être plan Il faut seulement veiller à ce que les profondeurs des rainures soient suffisantes pour que les galets puissent se déplacer en translation suivant leur axe de roulement sans sortir des rainures ni aller buter contre le fond de ces rainures. En revanche, pour des trajectoires complexes à grandes amplitudes de mouvement, il convient d'optimiser le volume total du dispositif, par exemple en faisant suivre aux fonds des rainures une trajectoire sensiblement similaire à la trajectoire complexe. La forme des galets est également avantageusement optimisée de manière à éviter les blocages de ces galets dans les rainures: On utilise avantageusement des galets de forme sphérique dans les parties en contact avec les parois internes des rainures, de manière à avoir un diamètre constant entre les points de contact tangentiel, ceci quelle que soit la position du galet dans la rainure. La figure 5 est une vue, dans le plan ZY, d'une partie du dispositif de maintien et de guidage selon l'invention, illustrant un exemple de réalisation des seconds moyens de fixation du collimateur 1 à la structure mobile 4 du dispositif. Ces seconds moyens de fixation constituent avantageusement une attache rapide permettant le montage et le démontage simples du collimateur 1 Ces seconds moyens de fixation sont par exemple constitués de deux brides de même axe sensiblement parallèle à l'axe de roulement 90 b (ou 1 Oa) des galets latéraux de la structure mobile 4. L'une des brides 11 est fixe sur le collimateur 1, tandis que l'autre bride 12 est solidaire en translation d'une vis filetée 13 montée sur le collimateur Un ressort 14 axial à la vis 13 permet de maintenir la bride 12 contre la tête de la vis 13 Lorsque la vis 13 est serrée, le collimateur 1 est maintenu à la structure 4 grâce à des parois inclinées lla, 12 a de chaque bride 11, 12 venant en butée contre des parois de même inclinaison 40 a, 40 b situées sur la structure mobile 4. Le dispositif selon l'invention tel qu'il vient d'être présenté, possède le grand avantage d'être aisément adaptable en fonction de l'aéronef dans lequel il doit être monté En effet, il suffit de déterminer, selon l'environnement disponible, les deux positions opérationnelle et rangée, ainsi que la trajectoire complexe (C) reliant ces deux positions A partir de cette trajectoire complexe (C), on définit les trois trajectoires planes des rainures centrale et latérale, ce qui permet de connaître l'usinage à faire sur la première structure La méthode suivie pour définir ces trajectoires peut consister à regarder, pas à pas, des positions successives de collimateur, et par là-même, des différents galets, le long de la trajectoire complexe, puis de lisser les courbes reliant ces positions successives D'un aéronef à l'autre, seule cette première structure est donc susceptible d'être modifiée. REVENDICATIONS 1 Dispositif de maintien et de guidage d'un collimateur ( 1) dans un aéronef selon une trajectoire prédéterminée permettant au collimateur d'être déplacé par l'action de moyens de commande ( 2), entre une position opérationnelle et une position rangée, le dispositif étant caractérisé en ce que, la trajectoire étant prédéterminée dans un espace à trois dimensions (X, Y, Z), il comporte: Une première structure ( 3) fixée à l'aéronef par des premiers moyens de fixation ( 5), et comportant une rainure de guidage centrale ( 30) comprenant deux parois internes ( 300, 301) parallèles à une première trajectoire plane, ainsi que deux rainures de guidage latérales ( 31, 32) de part et d'autre de la rainure centrale, comprenant chacune deux parois internes ( 310, 311, 320, 321) parallèles à une seconde et à une troisième trajectoires, la seconde et troisième trajectoires étant situées dans deux plans sensiblement parallèles entre eux, et perpendiculaires à la première trajectoire; Une seconde structure ( 4) solidaire du collimateur ( 1) par des seconds moyens de fixation, et mobile par rapport à la première structure ( 3) par l'intermédiaire d'un dispositif de guidage central ( 8 a, 8 b) et d'un premier et second dispositifs de guidage latéraux ( 9 a, 9 b, 10), situés sur cette seconde structure et coopérant respectivement avec la rainure centrale ( 30) et les rainures latérales ( 31, 32) de la première structure pour assurer le maintien et le guidage de la seconde structure ( 4) et du collimateur ( 1) sur chaque rainure, les trajectoires relatives à chaque rainure étant telles que leur combinaison assure un mouvement de la seconde structure selon la trajectoire prédéterminée. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de guidage central est constitué de deux galets de roulement ( 8 a, 8 b) d'axes de roulement ( 80 a, 80 b) distincts et parallèles, chaque galet venant en contact tangentiel avec chacune des parois ( 300, 301) internes de la rainure centrale; en ce que le premier dispositif de guidage latéral est constitué de deux galets de roulement ( 9 a, 9 b) d'axes de roulement ( 90 a, 90 b) distincts et parallèles entre eux, chaque axe de roulement croisant l'un des axes de roulement ( 80 a, b) du dispositif de guidage central, et chaque galet de roulement de ce premier dispositif latéral venant en contact tangentiel avec chacune des parois ( 310, 311; 320, 321) internes de l'une des deux rainures latérales ( 31; 32); et en ce que le deuxième dispositif de guidage latéral est constitué d'un galet de roulement ( 10) d'axe de roulement ( 10 a) situé entre et parallèlement aux deux axes de roulement ( 90 a, 90 b) du premier dispositif, ce galet ( 10) venant en contact tangentiel avec chacune des parois de l'autre rainure latérale. 3 Dispositif de maintien et de guidage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur de la rainure centrale ( 30) et des rainures latérales ( 31, 32) doit être suffisamment grande pour que les différents galets puissent se déplacer en translation suivant leur axe de roulement sans sortir des rainures, ni buter contre le fond de ces rainures. 4 Dispositif de maintien et de guidage selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les parties des galets, qui sont en contact tangentiel avec les parois internes des rainures, ont une forme sphérique. Dispositif de maintien et de guidage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une portion (Ci) de la trajectoire prédéterminée est rectiligne au voisinage de la position opérationnelle (O) du collimateur ( 1). 6 Dispositif de maintien et de guidage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première structure ( 3) comporte, en trois endroits différents dont deux sont situés sur un plan comprenant la position opérationnelle (O) du collimateur ( 1) et perpendiculaire à la portion (C 1) de la trajectoire, trois doigts ( 6) parallèles à cette portion, sur lesquels peuvent venir s'enficher trois trous situés sur le collimateur ( 1). 7 Dispositif de maintien et de guidage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 2) sont constitués d'un motoréducteur ( 20) entraînant en rotation un cardan ( 21), d'une vis à billes ( 22) solidaire en rotation du cardan ( 21) et animée d'un mouvement de translation, et d'un écrou à vis ( 23) concentrique à la vis à billes ( 22), libre en rotation et solidaire en translation à la seconde structure ( 4), ledit écrou à vis ( 23) étant entraîné dans le mouvement de translation par un écrou ( 25) fermant une extrémité libre de la vis à billes ( 22).