Brevet FR2764723A1 — publié le 19981218

SIMULATEUR DE VOL Objet de l'invention La présente invention se rapporte à un simulateur de vol destiné à l'apprentissage du pilotage d'avions légers. Arrière-plan technologique à la base de l'invention Afin de réduire les coûts d'apprentissage, depuis quelques années, on propose l'utilisation de simulateurs de vol qui permettent d'apprendre et de s'exercer au pilotage d'avions, et en particulier d'avions légers, dans des conditions qui ressemblent aux conditions réelles de vol. En particulier, plusieurs systèmes ont été proposés. Ceux-ci se basent sur l'utilisation d'écrans sphériques sur lesquels sont projetées des images qui doivent correspondre à la vue que l'on pourrait avoir à partir du poste de pilotage d'un avion. En particulier, le document US-A-3718949 décrit un simulateur d'entraînement au vol présentant un écran de forme sphérique. Le premier inconvénient d'un tel simulateur réside dans le fait que la fenêtre visuelle est dans certains cas trop petite, et qu'en outre, une mauvaise résolution, surtout latérale, est obtenue lors de la projection d'images. D'autre part, dans ce document, les écrans présentent un diamètre particulièrement élevé. Dans le document FR-A-2706662, on a proposé un simulateur présentant une sphère d'un diamètre relativement petit (inférieur à deux mètres), pour laquelle plusieurs projecteurs sont nécessaires, comme un projecteur de viseur, un projecteur d'image de planche de bord et un projecteur de silhouette, en vue de représenter les scènes qu'un pilote pourrait voir du poste de pilotage d'un avion. Le document FR-2680017 présente un système visuel destiné à un simulateur de vol. A nouveau, ce système est constitué d'un projecteur fixe assurant la projection d'une image de fond à grand champ et d'un projecteur mobile asservi à la direction du regard de l'observateur, ce qui augmente la complexité et le coût de réalisation d'un tel simulateur. Dans ce cas, à nouveau, l'écran de projection est constitué par les trois quarts d'une sphère. Le document US-A-3880509 décrit un simulateur présentant un système de projection large angle sur un écran qui semble être cylindrique. Le document BE-09000739 décrit un simulateur de vol comprenant un système de commande de gouverne à commande manuelle, qui comprend au moins un moteur électrique à bobine mobile commandé par un calculateur de bord qui permet de transmettre un effort de poussée ou de traction à au moins une des commandes manuelles. Néanmoins, les sensations d'effort par rapport aux commandes ne correspondent pas totalement à la réalité, ceci essentiellement du fait de la non linéarité du système composé par un moteur électrique proposé. Ces sensations s'éloignent de manière relativement importante des sensations rencontrées dans des conditions réelles de vol. Buts de l'invention La présente invention vise à proposer un dispositif qui permettrait tout d'abord de reproduire de manière parfaite les sensations liées à la manipulation des commandes dans des conditions réelles de vol. Un second but de la présente invention vise à proposer un simulateur de vol présentant un dispositif de mouvement destiné à simuler les sensations de déplacement ou d'accélération de l'avion. La présente invention vise également à proposer un simulateur de vol qui soit de conception relativement simple et d'un encombrement réduit, ceci pour un coût pas trop élevé. La présente invention vise en outre à proposer un simulateur dont l'accès est aisé. D'autres buts et avantages apparaîtront dans la description de formes d'exécution préférées de l'invention qui suit. Eléments caractéristiques de la presente invention La présente invention se rapporte tout d'abord à un simulateur de vol destiné à l'apprentissage du pilotage d'avions légers, comprenant au moins une cabine à laquelle est reliée un écran de manière fixe, un projecteur destiné à projeter une image sur l'écran, un tableau de bord éventuellement muni d'un système de projection, ainsi qu'un dispositif de commande de gouverne, caractérisé en ce que le dispositif de commande de gouverne est piloté par un moteur magnétique linéaire muni d'un induit dans lequel la valeur de courant injectée par une alimentation définit la valeur de l'effort ressenti dans la commande. Plus particulièrement, la valeur du courant injecté par l'alimentation est commandée par un logiciel exécuté par un micro-ordinateur. Selon un autre aspect de la présente invention, le simulateur de vol possède un dispositif de déplacement de la cabine, qui est constitué à partir de trois vérins électriques permettant à celle-ci de se mouvoir selon trois degrés de liberté afin de simuler le tangage, le roulis et le lacet d'un avion. Ce dispositif comprend également un moyen qui permet d'équilibrer le poids de la cabine en position cabrée, et qui est de préférence constitué par un ballon à pression constante. Une autre caractéristique importante du simulateur de vol se situe dans le fait que l'écran destiné à recevoir l'image se présente sous le forme d'un quart de sphère dans laquelle la cabine est située au point le plus bas et dans laquelle un projecteur d'images est disposé au centre de cette sphère. La position particulière du projecteur dans l'écran permet d'obtenir un champ de 180 degrés en azimut et de 90 degrés en élévation. Tous les paramètres destinés à créer l'image, et également à reproduire les mouvements de la cabine, sont commandés par un logiciel exécuté par un micro-ordinateur. Brève description des figures L'invention sera exposée ci-après plus en détails à l'aide des dessins se rapportant à une forme d'exécution préférée de la présente invention, dans lesquels La figure 1 représente une vue en coupe latérale d'un simulateur de vol selon une forme d'exécution préférée de la présente invention. La figure 2 représente une vue par le dessus du simulateur représenté à la figure 1. La figure 3 représente une vue par l'avant du simulateur représenté à la figure 1. La figure 4 représente plusieurs vues de tableaux de bord pouvant être projetés dans une seule forme d'exécution de simulateur de vol selon la présente invention. La figure 5 représente le schéma de fonctionnement du système des commandes de vol. Les figures 6, 7 et 8 représentent plusieurs formes d'exécution préférées du moteur magnétique utilisé dans les commandes de vol selon la présente invention La figure 9 représente une vue en coupe latérale d'un dispositif de déplacement de la cabine dans un simulateur de vol selon la présente invention. Les figures 10 et 11 représentent des vues en coupe latérale et en coupe frontale selon plusieurs positions du simulateur de vol de la présente invention. Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention Les figures 1, 2 et 3 représentent, selon diverses vues en coupe, un simulateur de vol selon une forme d'exécution particulièrement préférée de la présente invention, qui se compose essentiellement d'un quart de sphère d'écran 2 d'un diamètre de 3,5 mètres, relié de manière fixe à la structure d'un élément qui constitue une cabine 9. Cette cabine est disposée au point le plus bas du quart de sphère 2. Eventuellement, au-dessus du quart de sphère 2 est disposé un toit d'écran 7 relié à la cabine et recouvrant cet écran. La cabine est de préférence une cabine biplace côte à côte qui permet à l'instructeur de s'asseoir à la place du copilote ou qui permet la formation d'un équipage de deux élèves pilotes. L'accès à la cabine est latéral, et s'effectue simplement grâce à la présence d'un pose-pied 4 sans qu'il soit nécessaire de prévoir un système d'accès plus complexe. Sur l'écran 2 est projetée une image à l'aide d'un seul projecteur 5; cette image doit correspondre essentiellement à l'image qu'un pilote pourrait en réalité voir par les fenêtres de sa cabine. Avantageusement, ce projecteur 5 est fixé sur un support placé à l'arrière et au-dessus du ou des élèves pilotes. Cette position correspond au centre de la sphère 2. Ce projecteur permet de donner un champ de 180 degrés en azimut et de 90 degrés en élévation. Dans le cas présent, on obtient une image détaillée d'un environnement avec une résolution de 6000 pixels en azimut et de 2000 pixels en site. I1 permet d'offrir au pilote aussi bien une vue frontale que latérale avec la même résolution. En outre, la position du projecteur permet d'éviter la présence d'ombres parasites dans l'image projetée sur l'écran. Selon une forme d'exécution préférée, un dispositif de déplacement de la cabine est proposé. Ce dispositif présente un point de pivotement sous forme de rotule près du point le plus bas du quart de sphère. Ce dispositif sera décrit en détails ci-dessous. Si la cabine est rendue mobile par ce dispositif, l'écran, solidaire de la cabine, subit également le même déplacement. Un poste instructeur 6 est prévu à l'arrière du simulateur de vol afin de contrôler les différents paramètres du vol et les actions de l'élève ainsi que permettre l'introduction de changements de paramètres ou de provoquer des pannes à l'aide d'un logiciel prévu à cet effet. En face des élèves pilotes est disposé un tableau de bord 3 qui se présente sous la forme d'un écran translucide qui reçoit les images dynamiques des instruments de bord correspondant à un type d'avion précis. Ces images sont obtenues à l'aide d'un système de projection 11 (non représenté) . Ce tableau de bord translucide permet à la fois la représentation des instruments obtenue par projection optique de leurs éléments fixes et mobiles. Des exemples sont donnés à la figure 4, qui peuvent être projetés à l'aide du même système de projection. Enfin, un système de commande est prévu dans un logement 10 aisément accessible, qui permet de donner une sensation musculaire sur les commandes de vol. Ce dispositif est décrit plus en détails à la figure 5. Le dispositif de commandes de vol est essentiellement caractérisé par le fait qu'il est constitué par un moteur électromagnétique linéaire, lui-même piloté par un micro-ordinateur qui permet de simuler avec réalisme la sensation musculaire. Ce dispositif permet également de simuler l'action de décalage du zéro d'effort ("Trim") grâce à des calculs effectués par le logiciel, permettant de définir l'endroit où le courant zéro est envoyé dans l'induit. A la figure 5, on observe plus en détails ce dispositif, qui représente une des trois commandes. La commande 101 présente un axe de rotation 102, qui par l'intermédiaire d'un secteur 103, transforme la rotation de la commande 101 en un développement linéaire. Ce développement est réalisé à l'aide d'une poulie d'alignement 104 qui aligne un câble de transmission 107 sur une poulie de renvoi 106. La poulie de renvoi 106 retourne le câble de transmission 107 vers le secteur 103. Ce câble de transmission 107 transmet donc le mouvement de la commande 101 à l'induit 108 du moteur 105. De ce fait, le moteur magnétique linéaire 105 s'oppose au mouvement imprimé par la commande 101 et permet de donner de manière particulièrement avantageuse une sensation musculaire réaliste d'un effort obtenu en cas de vol. Dans l'induit 108, on a une valeur du courant qui est injecté par l'alimentation 111 et qui définit la valeur de l'effort. Un logiciel qui s'exécute sur un microordinateur 109 permet de piloter cette alimentation 111 en fonction des différents paramètres de vol par l'intermédiaire d'un canal de transmission 110 qui lie le micro-ordinateur 109 à l'alimentation 111. Enfin, un tendeur 112 règle la tension dans le câble de transmission 107. Eventuellement, des dispositifs couvre-câble 113 et 114 sont prévus afin d'éviter le déraillement du câble de transmission 107 sur les poulies correspondantes 104 et 106. Les figures 6, 7 et 8 décrivent plus en détails ce moteur magnétique linéaire. Le moteur 105 comprend deux aimants permanents Al et A2 ainsi qu'un disque D constitué d'un seul fil de cuivre bobiné à plat. Ce disque D présente deux de ses flancs pliés à angle droit comme représenté à la figure 7 en vue de réaliser deux demi-ellipses qui permettent de maintenir la rigidité du disque restant sous les aimants. Entre les deux aimants est prévue une ouverture elliptique définie au centre du disque. La figure 8 représente le fonctionnement d'un tel moteur, dans lequel les aimants Al et A2 ainsi que deux éléments complémentaires C1 et C2 sont fixes alors que le disque supporté par des roulements glisse sous les deux aimants Al et A2. La force qui meut ce disque D dépend des champs de Al et A2 ainsi que du courant électrique qui passe dans le fil de cuivre constituant le disque D. Les figures 9, 10 et 11 représentent une forme d'exécution d'un dispositif permettant le mouvement de la cabine du simulateur de vol tel que décrit précédemment selon les trois degrés de liberté qui permettent de simuler les sensations de déplacement et d'accélération de l'avion. Ce dispositif permet de reproduire le mouvement de la cabine en position braquée avant, en position piquée ou en position horizontale. Ce dispositif doit permettre d'obtenir les trois mouvements de tangage, de roulis et de lacet, que l'on pourrait obtenir en vol réel. Selon la forme d'exécution décrite aux figures 9, 10 et 11, ce dispositif comprend trois vérins électriques 204 disposés en triangle à la base de la cabine. Leur caractéristique essentielle est d'être pratiquement horizontaux au repos, ce qui permet d'obtenir un dispositif très bas et d'autoriser un accès aisé à la cabine. Ce système est caractérisé par un point de pivotement se présentant sous forme d'une rotule 202 disposée près du point le plus bas du quart de sphère. En outre, on observe la présence d'un ballon pneumatique 205 qui permet d'équilibrer la pression du poids de la cabine chargée, en particulier en position cabrée, évitant ainsi des efforts excessifs à fournir par les vérins électriques 204. Ce ballon 205 peut bien entendu être remplacé par tout moyen équivalent à pression constante. La rotule 202 est le pivot des trois mouvements (tangage, roulis ou lacet), et supporte la partie arrière de la cabine, tandis que le pivot 203 supporte la cabine vers la rotule 202. Le simulateur de vol tel que décrit ci-avant comprend plusieurs micro-ordinateurs qui réalisent la simulation des systèmes suivants : atmosphère, dynamique de vol, moteurs et hélices, systèmes de l'avion, radiocommunications, radionavigation, bruits, . . . . ces micro-ordinateurs sont gérés par des logiciels qui permettent de transmettre les informations nécessaires aux différents périphériques. REVENDICATIONS 1. Simulateur de vol destiné à l'apprentissage du pilotage d'avions légers, comprenant au moins une cabine (9) à laquelle est reliée un écran (2) de manière fixe, un projecteur (5) destiné à projeter une image sur l'écran, un tableau de bord (3) éventuellement muni d'un système de projection, ainsi qu'un dispositif de commande de gouverne (10), caractérisé en ce que le dispositif de commande de gouverne est piloté par un moteur magnétique linéaire (105) muni d'un induit (108) dans lequel la valeur de courant injectée par une alimentation (111) définit la valeur de l'effort ressenti dans la commande (101). 2. Simulateur de vol selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de courant injecté par l'alimentation (111) est commandée par un logiciel exécuté par un micro-ordinateur (109). 3. Simulateur de vol selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de déplacement de la cabine (20). 4. Simulateur de vol selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement de la cabine est constitué à partir de trois vérins électriques (204) permettant à celle-ci d'avoir trois degrés de liberté afin de simuler le tangage, le roulis et le lacet d'un avion. 5. Simulateur de vol selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement de la cabine comprend également un moyen (203) qui permet d'équilibrer le poids de la cabine en position cabrée. 6. Simulateur de vol selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen est constitué par un ballon à pression constante. 7. Simulateur de vol selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'écran (2) se présente sous la forme d'un quart de sphère, dans laquelle la cabine est située au point le plus bas. 8. Simulateur de vol selon la revendication 7, caractérisé en ce que le projecteur d'images (5) est disposé au centre de la sphère destinée à réaliser l'écran. 9. Simulateur de vol selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différents paramètres permettant d'agir sur les commandes de vol et sur le déplacement de la cabine sont commandées par un logiciel exécuté par un micro-ordinateur.