Brevet FR2750108A1 — publié le 19971226

L'invention concerne notamment le domaine du largage d'objets à partir de tout type d'aéronef, d'aérostat ou d'engin spatial, et a pour objet un dispositif de commande de la direction d'un vecteur aérien, ce dernier pouvant, à titre d'exemple, être un dispositif porte-charges. De tels dispositifs porte-charges sont décrits par exemple dans la demande de brevet européen n" EP653350 et dans le brevet japonais n" JP5185993. Ce dernier décrit des moyens de guidage d'un parachute vers un lieu déterminé comportant une source d'alimentation électrique, un moteur à courant continu qui agit sur les suspentes du parachute afin de le diriger, un système de localisation, du type GPS, un compas magnétique et un microcontrôleur de commande du moteur en fonction de la différence entre la direction effective déterminée à partir des valeurs mesurées par les détecteurs et la direction du lieu à atteindre. Un tel dispositif fonctionne correctement lorsque le largage a lieu à faible altitude, par exemple 1000 mètres. Mais, pour un dimensionnement donné, plus le largage est effectué à haute altitude et plus les performances du dispositif se détériorent. En effet, plus l'altitude de largage est élevée et plus le temps de vol est long, et, a fortiori, plus la quantité d'énergie à fournir au moteur est importante. En outre, plus l'altitude croît et plus la température de l'air baisse, jusqu'à atteindre une valeur d'environ - 50"C. Or, plus la température est basse et plus le rendement d'une source d'alimentation électrique, telle une batterie, diminue. Il est donc nécessaire de surdimensionner les batteries dans le cas d'un largage à haute altitude. Pratiquement, pour un largage à 10 000 mètres, la masse des batteries nécessaires pour le vol peut atteindre plusieurs centaines de kilogrammes et leur encombrement est, bien évidemment, en conséquence. Ceci limite alors la quantité de fret transportable etlou nécessite l'utilisation de voiles plus résistantes, donc lourdes et coûteuses. L'un des buts de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de commande de la direction d'un vecteur aérien, pouvant fonctionner à partir d'une source d'énergie de faible masse et ce, quelle que soit l'altitude de largage envisagée. On sait aussi que que les moyens actuels de commande de la direction d'une voile, par action sur des suspentes de commande, agissent sur le positionnement de ces dernières. Un tel mode de fonctionnement nécessite de définir, pour chaque suspente de commande, une référence "zéro" pour laquelle elle est relâchée, et ce, afin d'éviter soit d'avoir du mou, soit d'avoir une suspente tirée en permanence. En outre, la longueur de ces suspentes de commande doit être connue avec précision. Or elle peut être influencée par l'humidité et par la température, ainsi que par la présence de noeuds susceptibles de se former lors de l'ouverture de la voile. La présence de ces noeuds crée une dissymétrie que les moyens de commande existant ne peuvent corriger. Un autre but de l'invention est de supprimer ces inconvénients en proposant des moyens de commande aptes à corriger toute dissymétrie ou variation de longueur des suspentes de commande et ne nécessitant plus de référence "zéro". Pour cela, un dispositif, selon l'invention, de commande de la direction d'un vecteur aérien du type comportant une source d'énergie, au moins une gouverne, au moins un actionneur agissant sur ces gouvernes, et une logique de commande'de l'actionneur, est caractérisé en ce que la source d'énergie est constituée par un gaz sous pression, en ce que l'actionneur est pneumatique, et en ce que la logique de commande comporte un régulateur de la pression exercée, par ce gaz, sur l'actionneur. Par gouverne, il faut entendre tout organe mécanique dont une modification de sa position en vol provoque une modification de la direction du vecteur aérien. Selon une caractéristique particulière permettant notamment un pilotage automatique du vecteur aérien, les moyens de commande sont associés à des moyens de localisation de ce vecteur etlou de la position d'un émetteur. Dans le but de réduire l'encombrement des moyens de commande, ces derniers comportent des moyens constituant une interface entre l'actionneur pneumatique, et les gouvernes, ces moyens étant aptes à multiplier la course de l'actionneur etlou à réduire l'effort exercé par l'actionneur sur les gouvernes. Selon une caractéristique particulière ces moyens sont constitués par au moins une poulie. Selon une autre caractéristique, les gouvernes sont constituées par des suspentes de commande reliées aux bords de fuite d'une voile. On sait également que les dispositifs existants fonctionnant sur le principe du contrôle de position des suspentes sont incapables de réagir aux turbulences car ils maintiennent fixe la position des suspentes de commande. Cette incapacité peut conduire à un endommagement de la voile. Le but de l'invention est aussi de proposer un procédé de commande apte à résoudre ce problème. Aussi, un procédé de commande de la direction d'un vecteur aérien du type comportant une source d'énergie, au moins une gouverne, au moins un actionneur agissant sur ces gouvernes1 et une logique de commande de l'actionneur, est caractérisé en ce qu'il comporte une étape de contrôle de la force exercée par l'actionneur sur la gouverne. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description d'un mode de réalisation de l'invention, appliqué à un dispositif porte-charges muni d'une voile, en regard des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 présente un schéma général d'un dispositif porte charges à voile, - la figure 2 montre un schéma général de moyens de commande pneumatiques, - la figure 3 présente des moyens de démultiplication de la course d'un vérin, - la figure 4 schématise de manière simplifiée des moyens de commande de deux suspentes avec un seul vérin, - la figure 5 montre un schéma complet des moyens de commande de deux suspentes avec un seul vérin. La figure 1 présente les principaux éléments d'un dispositif portecharges largable à voile Celui-ci comporte des moyens de freinage 1 d'une charge 2 et des moyens de navigation 3. Les moyens de freinage 1 sont constitués d'une voile 4, de suspentes 5, et d'un châssis 6 sur lequel repose la charge 2. Les moyens de navigation 3 comportent, dans cet exemple de réalisation, des moyens 7 de localisation du dispositif, le plus répandu étant connu sous la dénomination anglo-saxonne de GPS, et des moyens 8 de commande de la direction du dispositif par action sur des gouvernes 9. Ces gouvernes 9 sont constituées par des suspentes de commande, appelées commandes 9 dans la suite et généralement constituées d'un groupe de suspentes agissant sur le bord de fuite de la voile 4. La figure 2 montre un schéma simplifié des moyens 8 de commande de la direction du dispositif selon l'invention. Ils comportent une source de gaz sous pression 10, un régulateur de pression 11 commandé par une logique de commande 12, un vérin pneumatique 13 et une commande 9. Le vérin comporte une chambre active 131 ,une chambre 132 reliée à l'air libre, ces chambres étant séparées par la base 141 d'un piston 14. La tête 142 de ce piston 14 est reliée à la commande 9. Le régulateur de pression 11 et la logique de commande 12 associée sont de type connu. Ils sont alimentés en basse tension par une batterie de dimensions réduites. En règle générale, d'une part la course du piston est faible et d'autre part la surface 141 du piston sur laquelle s'exerce la pression est relativement importante. A titre d'exemple, un piston de 63 mlm de diamètre a une surface de 30 cm2 et développe, sous une pression de 10 bars, un effort de 300 kg. II est donc judicieux, pour des raisons d'ordre pratique, de prévoir des moyens 15 assurant d'une part la multiplication de la course du vérin, et d'autre part la démultiplication de l'effort, une commande de voile standard ne nécessitant pas plus de 50 kg d'effort pour être tirée au maximum. La figure 3 montre un exemple de réalisation de tels moyens 15. Ils sont constitués par des poulies 151 et 152 montées folles d'une part sur la tête 142 du piston, et d'autre part sur le corps du vérin 13. Ainsi la commande 9, fixée à la tête 142 du piston 14, est renvoyée respectivement par la poulie 151 puis par la poulie 152, puis fixée à la voile 4. Les dispositifs tels que représentés sur les figures 2 et 3 n'assurent la commande que d'une seule commande 9. Ils doivent donc être doublés pour commander les actions sur les commandes 91 et 92 respectivement droite et gauche de la voile 4. Le dispositif de la figure 4 permet de piloter les deux commandes droite et gauche avec un seul régulateur 11 et un seul vérin 13. Pour cela, les extrémités des deux suspentes, non reliées à la voile, sont réunies par un câble qui passe dans la gorge d'une poulie 15 montée folle sur la tête 142 du piston. Ainsi, si les deux commandes 91 et 92 sont libres, L'effort fourni par le vérin s'applique simultanément aux deux commandes, I'équilibrage étant automatique; si, par contre, I'une des commandes est bloquée, cet effort ne s'applique qu'à l'autre commande. II faut noter que, pour une pression P appliquée au piston 14, L'effort correspondant appliqué aux commandes est le même, qu'il s'applique à une seule commande ou aux deux et la course du vérin sera deux fois plus importante dans ce dernier cas. II est à noter que l'utilisation de plusieurs poulies au lieu d'une seule permet de démultiplier l'effort exercé sur les commandes 9 par le vérin tout en multipliant sa course. La figure 5 représente une variante de réalisation des moyens 8 de commande de la direction du dispositif par action sur les commandes 9 permettant à la fois: - la commande des éléments 91 et 92 droite et gauche avec un seul régulateur 11 et un seul vérin 13, - la multiplication de la course du vérin et la réduction de l'effort exercé sur les commandes 91 et 92 - la présence de moyens aptes à ne transmettre l'effort que sur l'une des commandes 91 ou 92 Ces moyens 8 de commande comportent, comme mentionné précédemment, une source de gaz sous pression 10, un régulateur de pression 11 commandé par la logique de commande 12, un vérin pneumatique 13 et des poulies 15 montées folles respectivement sur la tête du piston 14 et sur le cylindre du vérin 13. Ces poulies sont au nombre de 5, respectivement 151, 152,153,154,155 offrant ainsi un facteur de division de 6. Les deux commandes 9 sont reliées par un câble qui passe dans la gorge de chacune de ces poulies. Ils comportent aussi des moyens 16 de blocage des commandes 91 ou 92. Ces derniers sont constitués par deux ensembles identiques, respectivement gauche et droit. Chacun de ces ensembles comprend un vérin 17 dont la chambre active 18 est alimentée en pression par une électrovanne 19 à partir du circuit haute pression issu de la source 10. Le piston 20 de ce vérin appuie sur un patin de frein 21 situé en face d'un patin de frein d'appui 22 solidaire du cylindre du vérin, la suspente correspondante passant entre les deux patins de frein 21 et 22. Tout comme le régulateur de pression 11, I'électrovanne 19 de chacun desdits ensembles est commandée par la logique de commande 12. Le fonctionnement du dispositif, au regard de la figure 5, est le suivant. Dans le cas où le point d'atterrissage ne comporte pas d'émetteur, les coordonnées de ce point sont programmées, avant le largage, dans la logique de commande 12. Le dispositif est ensuite largué à une altitude suffisante pour lui permettre d'atteindre le point d'atterrissage. La gestion de la navigation est ensuite réalisée à l'aide d'un logiciel de type connu et à partir des informations fournies par les moyens de localisation 7 et par actions sur les commandes 91 ou 92. Dans le cadre de l'invention, les moyens de commandes des éléments 91 et 92 comportent une source de gaz, un vérin pneumatique agissant sur lesdits éléments et une logique de commande 12. Ainsi, le procédé de commande de la direction du dispositif consiste à commander en permanence la pression exercée sur le piston du vérin donc l'effort exercé sur lesdits éléments 91 et 92 Lorsque la logique de commande détermine que la charge doit virer, par exemple sur la droite, elle commande l'ouverture, coté gauche, de lélectrovanne 19. Le gaz sous pression, issu de la source 10, provoque alors le déplacement du piston 20, donc du patin 21, contre le frein d'appui 22, bloquant alors la commande gauche 92. La logique de commande 12 accroit ensuite la consigne de pression au niveau du régulateur 11 jusqu'à une certaine valeur à laquelle correspond une valeur de force exercée sur les commandes 9. L'accroissement de la pression qui en résulte en aval de ce dernier provoque le déplacement du vérin 13 et l'application de ladite force. La suspente gauche étant bloquée, la force exercée par le piston sur les commandes est intégralement transmise à la commande droite et se traduit par un virage du dispositif sur la droite. La logique de commande 12 commande ensuite un retour du point de consigne du régulateur de pression à la consigne d'origine, puis le déblocage de la commande, via l'électrovanne 19. II est à noter que le mouvement de traction sur la commande 9 due à la pression exercée sur le piston 14 du vérin 13 est limité par l'effort contraire exercé par la voile 4 sur la commande 9; de ce fait, en cas de mou de la commande 9, le rattrapage de ce mou est automatique, une référence zéro n'étant donc plus nécessaire. De plus, en cas de turbulences, le vérin 13 fonctionne comme un amortisseur, la pression de commande, et donc l'effort exercé sur les commandes, restant sensiblement constants. De plus, en cas de noeud dans une commande, les manoeuvres s'effectuant en effort et non en position comme dans les systèmes existants, L'action obtenue sur la commande reste la même ; I'adjonction du dispositif à poulie décrit plus haut permet d'assurer la symétrie des commandes, même en cas de noeud important sur l'une d'entre elles. En outre, la masse de gaz sous pression nécessaire pour un tel fonctionnement est très faible ; ainsi 12 litres d'azote à 200 bars ont une masse d'environ 2 kg et autorisent une autonomie de fonctionnement du dispositif de commande de plusieurs heures. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'exemple de réalisation précédemment décrit sans sortir du cadre de l'invention. Dans une variante, le nombre de poulies peut être de 5 (1+2x2) fixées sur sur le corps du cylindre et de quatre (2x2) sur la tête du piston, ces poulies étant séparées en deux groupes droit et gauche de 2 poulies accolées à gauche du cylindre, un au-dessus du cylindre et à plat, et deux groupes de 2 poulies à droite et à gauche de la tête du piston; cette organisation a l'avantage d'équilibrer les efforts latéraux sur la tête du piston et de permettre à celui-ci de travailler dans l'axe, sans effort de flambage. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande de la direction d'un vecteur aérien du type comportant une source d'énergie (10), au moins une gouverne (9), au moins un actionneur (13) agissant sur ces gouvernes (9), et une logique de commande (12) de l'actionneur (13), caractérisé en ce que la source d'énergie (10) est constituée par un gaz sous pression, en ce que l'actionneur (13) est pneumatique, et en ce que la logique de commande (12) comporte un régulateur (11) de la pression exercée, par ce gaz, sur l'actionneur (13). 2 Dispositif porte-charges largable du type comportant au moins des moyens de support d'une charge et des moyens de navigation, ces moyens de navigation comportant notamment une source d'énergie (10), au moins une gouverne (9), au moins un actionneur (13) agissant sur ces gouvernes (9), et une logique de commande (12) de l'actionneur, caractérisé en ce que la source d'énergie (10) est constituée par un gaz, en ce que l'actionneur (13) est pneumatique, et en ce que la logique de contrôle (12) comporte un régulateur (11) de la pression exercée, par ce gaz, sur l'actionneur. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de commande (12) sont associés à des moyens (7) de localisation. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de démultiplication de la course de l'actionneur pneumatique (13). 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à réduire l'effort exercé par l'actionneur (13) sur les gouvernes (9). 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par des poulies. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les gouvernes (9) sont constituées par des suspentes de commande reliées aux bords de fuite d'une voile (4). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un seul actionneur pneumatique (13) et des moyens de blocage (16) des suspentes (9). 9 Dispositif porte-charges selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de blocage (16 ) comprennent, pour chaque suspente (9), un actionneur (17) comportant un patin de frein (21) et un patin de frein d'appui (22). 10 Procédé de commande de la direction d'un vecteur aérien comportant une source d'énergie (10), au moins une gouverne (9), au moins un actionneur (13) agissant sur ces gouvernes (9), et une logique de commande (12) de l'actionneur, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de contrôle de la force exercée par l'actionneur (13) sur la gouverne (9).