Brevet FR2875785A1 — publié le 20060331

Avion de type REIMS CESSNA F406 La présente invention a pour objet un avion de type REIMS CESSNA F406 muni d'une fenêtre d'observation pour pouvoir effectuer des missions d'observation et de surveillance. Parmi les différents constructeurs d'avions, la société américaine CESSNA a produit, souvent en collaboration avec d'autres sociétés, des avions pour l'aviation légère, dont l'avion REIMS CESSNA F406. Par aviation légère, on entend le transport de charges peu élevées, ou le transport de personnes en nombre limité, typiquement inférieur ou égal à environ une vingtaine de personnes. Parmi tous les avions produits, certains ont des spécificités propres: rayon d'action, capacité d'enlèvement, dimensions intérieures, dimensions extérieures, vitesse de transport. Ces spécificités ont chaque fois conduit à des réalisations de types différents. Parmi ces types, l'avion de type REIMS CESSNA F406 est un bimoteur, chacun des moteurs étant placé sur une des deux ailes de l'avion par l'intermédiaire d'une nacelle. Avec un tel choix, le nez libre de l'avion, au-delà de l'endroit où se trouve le poste de pilotage, a normalement été utilisé pour y placer des instruments de mesure. C'est ainsi que l'avion REIMS CESSNA F406 a pu servir comme avion d'observation. Le nez de l'avion a ainsi été muni d'une fenêtre obturée par une plaque transparente. En regard de cette fenêtre a été disposée une caméra. Avec un tel avion, il est possible de se livrer à des missions d'observation ou de surveillance de tout ce qui se passe en dessous de l'avion. Toutefois, ce type d'observation se trouve limité par l'accessibilité du champ observé par rapport au déplacement de l'avion. En pratique, le champ observé est celui balayé par le champ de la caméra, fixe, lorsque l'avion se déplace. Si un opérateur surveille sur un écran de contrôle, dans l'avion, la prise de vue qui est entrain d'être effectuée et s'il détecte un objet particulier, un réexamen de cet objet ne peut être entrepris qu'en forçant l'avion à repasser au-dessus de l'endroit concerné. Pour remédier à ce problème, il a été prévu dans l'invention de monter une caméra orientable dont l'orientation du champ de vue peut être commandée par l'observateur qui fait face à son écran de contrôle. Très rapidement, le choix s'est alors porté sur des caméras à périscope. En pratique la caméra est fixe mais regarde en direction d'un miroir orientable porté par un portique, une suspension, elle aussi orientable. En pratique le portique, la suspension, est orientée vers le sol (lorsque l'avion vole normalement), et le miroir permet d'observer une zone située à l'avant de l'avion, à l'arrière de l'avion, sur le côté de l'avion ainsi qu'à toutes les positions intermédiaires et ce, en grande partie indépendamment de la position de l'avion au cours du vol. Dans ces conditions, lorsqu'un objet particulier est détecté, il est loisible à un opérateur d'orienter au fur et à mesure de l'avancement de l'avion le miroir pour que celui-ci continue à faire pointer la caméra vers l'objet particulier. Avec des commandes complémentaires d'agrandissement, il peut même être possible pour cet opérateur de se faire une idée plus précise de la nature de l'objet qu'il a détecté. Une telle solution avec caméra à périscope est donc apparue comme une solution préférée. Le choix d'une intégration de la caméra à périscope dans la pointe avant de l'avion REIMS CESSNA F406 a notamment été fait parce que cet emplacement n'est pas soumis aux masques dus à la voilure, aux antennes et autres équipements. Toutefois la mise en place d'une caméra à périscope dans un avion, en particulier dans l'avion REIMS CESSNA F406, présente de nombreux 20 problèmes: Premièrement le miroir du système caméra doit être placé dans un bulbe, situé sous l'avion. Ce bulbe étant protubérant par rapport à l'alignement inférieur de l'enveloppe du fuselage, il cause une modification significative de l'aérodynamique de l'avion. Deuxièmement, la proximité du bulbe avec le compartiment du train d'atterrissage avant peut causer des turbulences au point de gêner le fonctionnement normal du système d'ouverture/fermeture du train. Troisièmement l'avion est soumis à de nombreuses vibrations dans la zone de la pointe avant qui peuvent rendre les images floues. Quatrièmement, une difficulté principale d'intégration de la caméra est de positionner lensemble du système selon des contraintes imposées. En effet, le profil d'observation impose que la caméra doit être positionnée sur un axe vertical par rapport à l'avion, et que le mouvement en azimut autorisé doit être de 60 d'un premier côté (par exemple à gauche) et de 10 de l'autre côté (par exemple à droite). En pratique, avec l'invention il a été possible d'optimiser le mouvement à 120 du premier côté. En outre le mouvement en site doit être au moins de 2 positivement par rapport à l'horizontale et de 10 négativement. Par conséquent, le plan vertical du bulbe et le plan vertical de la caméra doivent être confondus, de même le plan horizontal du bulbe et le plan horizontal de l'avion doivent être parallèles. Enfin, en prenant en considération ces contraintes et le profil de la pointe avant de l'avion F406 (partie quasiment plane à partir de la cabine de pilotage sur quelques centimètres seulement, puis fortement évolutive vers l'avant), l'emplacement optimal du système doit être une position très proche d'un cadre situé près de la cabine de pilotage. Dans l'invention pour résoudre ces problèmes on alors a retenu une solution qui permet, d'une manière assez simple, de conserver à l'avion toutes ses caractéristiques de vol malgré la présence du bulbe. Cette solution permet aussi de prévenir une éventuelle dislocation de la pointe avant du fait de la présence du bulbe en dessous d'une fenêtre. En effet, du fait d'une faiblesse apportée à la structure à cet endroit, un tel risque est présent. Cette solution permet enfin un maintien de la caméra avec une contrainte de vibration réduite afin d'obtenir des images nettes. Dans ce but, dans l'invention on prévoit d'une part de fixer la caméra non pas dans le plafond de la pointe avant, le nez du fuselage, mais plutôt dans le plancher de la pointe avant. En agissant ainsi on réduit notablement la longueur de la suspension et, avec des contraintes classiques de fabrication on est capable de produire une caméra orientable dont le miroir est maintenu suffisamment rigidement. En outre la fragilité de la structure à cet endroit est combattue en la modifiant localement de manière à lui redonner la rigidité perdue du fait de la réalisation de l'ouverture, de la présence du bulbe, et du poids porté vers le bas de la caméra. Il était connu en effet, pour les montages anciens, de couper un cadre de la structure de l'avion, et de le laisser ouvert dans sa partie inférieure à l'endroit où était située la fenêtre. Sinon, la taille de la fenêtre était telle que ce cadre empiétait sur le champ de vue de la caméra disponible à travers cette fenêtre. Dans l'invention, pour pallier cette fragilité, on a choisi de refermer ce cadre, mais en en décalant la fermeture hors du champ de vue de la caméra. En quelque sorte on forme un cadre avec une fermeture en baïonnette. Sur ce cadre fermé en baïonnette, il est alors possible de monter une structure raidissante latérale qui ne vient plus se placer à l'endroit par lequel passe le périscope. L'invention a donc pour objet un avion de type REIMS CESSNA F406 comportant une pointe avant muni d'une fenêtre d'observation et d'une caméra d'observation pour capter des images de zones visibles sous l'avion au travers de cette fenêtre, la fenêtre étant réalisée entre un cadre de limite de cabine de pilotage, dit cadre 43 de ce nez fuselage, et un cadre avant, dit cadre 14, situé plus vers l'avant de l'avion, un cadre intermédiaire entre ce cadre 43 et ce cadre 14 étant coupé en partie inférieure à l'endroit de la fenêtre, caractérisé en ce que - la caméra est une caméra à périscope, - la fenêtre est munie d'un bulbe transparent et protubérant du fuselage pour accueillir ce périscope, - une poutre de reprise d'effort est montée à l'avant et en décalage du 15 cadre intermédiaire, - la poutre de reprise d'effort est fixée à la partie inférieure de ce cadre intermédiaire, - deux longerons supérieurs sont fixés d'une part au cadre 43 et d'autre part au dessus de la poutre de reprise d'effort, - deux longerons inférieurs sont fixés d'une part au cadre 43 et d'autre part à la partie inférieure de ce cadre intermédiaire, - la caméra est fixée à certains de ces longerons. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: une représentation schématique en perspective du nez d'un avion selon l'invention muni de la caméra à périscope de l'invention; - Figure 2: une vue latérale d'une partie d'une enveloppe de l'avion de l'invention et de son bulbe transparent muni du périscope; - Figure 3: une vue de détail d'une enveloppe supplémentaire à monter sur l'avion de l'invention à l'endroit du passage de la caméra; - Figure 4: une représentation en perspective d'un caisson d'étanchéité de la caméra selon l'invention; - Figure 5: une vue de détail d'éléments de montage de l'embase de la 35 caméra de l'invention; - Figure 6: la représentation d'un accessoire d'illumination lorsque la caméra utilisée est une caméra à très bas niveau de luminosité; - Figure 7: une représentation d'un système de commande de la caméra. La figure 1 montre en partie un avion de type REIMS CESSNA F406 selon l'invention. La figure 1 montre de fait uniquement la pointe avant de l'avion, l'enveloppe du fuselage de l'avion 1 ayant été enlevée. En pratique, la structure représentée de l'avion comporte un cadre 2, dit "cadre 43" car il se trouve à 43 pouces d'une côte zéro par rapport à laquelle sont mesurées en abscisse les positions des structures de l'avion. Le cadre 2 est ainsi placé juste devant et en limite d'un poste de pilotage. En particulier le cadre 2 est placé juste devant une trappe par laquelle un train avant d'atterrissage peut être escamoté ou sorti. La structure du nez de l'avion est complétée par un cadre intermédiaire 3 situé plus en avant et d'un cadre 4 encore plus proche de l'extrémité du nez de l'avion. Le cadre 4 est aussi appelé "cadre 14" car il est placé à quatorze pouces de la côte zéro. Le cadre 2 est par exemple réalisé par une tôle 5 renforcée par endroit par des nervures telles que 6 entrecroisées. Le cadre 4 comporte comme le cadre 2 une tôle renforcée par une armature périphérique 7 et percée de trous de visite tels que 8. Les tôles et autres éléments de structure sont en aluminium. Le cadre 3 peut être formé de la même façon que les cadres 2 et 4. De préférence cependant, il est formé d'une armature périphérique épousant à son endroit la forme de l'enveloppe du nez de l'avion. Comme le cadre 3 ne comporte pas de tôle perpendiculaire à un axe 9 de l'avion, l'espace d'une cellule entre le cadre 2 et le cadre 4 peut être utilisé pour loger différents équipements de mesure. Ainsi, il est connu de réaliser entre le cadre 2 et le cadre 4 une fenêtre 10 qui dégage un champ de vue pour une caméra placée entre ces cadres 2 et 4. D'une manière connue, la fenêtre 10 nécessite la coupure du cadre 3 qui se termine par des extrémités 11 en regard de la fenêtre 10. Pour rigidifier le fuselage, les cadres sont reliés entre eux par des renforts appelés lisses et orientés sensiblement selon l'axe 9 de l'avion. A l'endroit de la fenêtre 10, les lisses ont été naturellement enlevées. II en résulte, à l'endroit de la fenêtre 10, une fragilité apportée à la structure de l'avion. Pour la solution antérieure avec caméra, ce problème était résolu en fixant la caméra au plafond de l'espace disponible entre les cadres 2 et 4, sur le cadre 3, dans la partie qui n'a pas été enlevée et qui est par ailleurs toujours renforcée par la présence des lisses qui n'ont pas été enlevées. Dans le cadre de l'invention, deux problèmes se présentent. D'une part, figure 2, la caméra est une caméra 12 à périscope et comporte donc un périscope 13 débordant, dans un bulbe 14 transparent, en dessous de l'enveloppe 15 de l'avion 1. D'autre part, la caméra 12 doit être fixée dans le plancher, dans le bas plus exactement de l'espace entre les cadres 2 et 4, de manière à réduire la longueur d'une suspension 16 du périscope 13. Avec une longueur réduite de cette suspension 16, les vibrations sont réduites et les images sont de meilleure qualité. La présence du bulbe offre une résistance à l'écoulement des filets d'air le long de l'enveloppe 15. L'effort d'aspiration qui résulte de ces filets a alors pour conséquence d'exercer sur l'enveloppe 15 à l'endroit du bulbe 14 un arrachement, et au minimum de provoquer une fragilisation excessive du montage réalisé. Pour résoudre ce problème dans l'invention, avec une caméra 12 à périscope 13 montée dans le bas de l'espace entre les cadres 2 et 4, on a prévu de réaliser une poutre 17 de reprise d'effort montée à l'avant du cadre coupé 3. La poutre 17 est fixée, par exemple par des entretoises 18, en décalage avant, à la partie inférieure 11 du cadre coupé 3. Dans ces conditions le cadre 3 se présente globalement comme une baïonnette. L'écart produit par l'entretoise 18 permet la mise en place de la caméra. En pratique, la poutre de reprise d'effort 17 est formée comme le cadre 2 ou le cadre 4 d'une tôle de plan sensiblement perpendiculaire à l'axe 9. La tôle est renforcée à sa partie supérieure ou à sa partie inférieure par des nervures, des pliures ou des cornières ajoutées. La partie inférieure de la poutre 17 épouse bien entendu la forme de l'enveloppe de la partie inférieure du nez de l'avion. La partie supérieure de la poutre 17 est de préférence droite. Deux longerons supérieurs latéraux 19 et 20 sont fixés d'une part au cadre 2 et d'autre part au-dessus de la poutre 17. Toutes les fixations envisagées sont de préférence réalisées avec des rivets encore que des collages ou des vissages soient envisageables. Pour rigidifier encore la cellule comprise entre le cadre 2 et le cadre 4, on a mis en place deux longerons inférieurs latéraux tels que 21. Les longerons inférieurs 21 sont fixés aussi d'une part au cadre 43 et d'autre part à la partie inférieure du cadre coupé 3. Les entretoises 18 sont placées dans le prolongement des longerons 21. La caméra 12 est fixée à certains de ces longerons. En agissant ainsi on constate qu'on a reconstitué une continuité de la structure, propre à mieux rigidifier l'avion, à mieux lui permettre de résister aux turbulences provoquées par la présence du bulbe. En outre, le casier réalisé par les longerons inférieurs et supérieurs forme une structure propice à la fixation dans la partie basse de l'espace réservé de la caméra 12 avec son périscope 13. Sur la figure 2, on montre que l'enveloppe 15 peut être munie d'un déflecteur 22 utile pour dévier les filets 23 d'écoulement de l'air afin de réduire une charge aérodynamique portée sur le bulbe 14. A titre accessoire, le déflecteur 22 réduit les impacts d'insectes sur le bulbe 14. Le déflecteur 22 est situé approximativement à l'aplomb du cadre 4, là où la structure de l'avion n'a pas été affaiblie. La figure 3 montre une deuxième enveloppe 24 rigidifiante, fixée par un ensemble de rivets tel que 25 à une première enveloppe du fuselage, elle aussi munie de la fenêtre 10. La deuxième enveloppe 22 présentée ici en vue de dessous, a en fait une forme épousant la forme de la première enveloppe (non visible). La deuxième enveloppe 24 est fixée sur la première enveloppe. La deuxième enveloppe 24 comporte une ferrure ronde 26 pour recevoir le bulbe 14 plus exactement une collerette supérieure plane du bulbe 14. La figure 4 montre un caisson d'étanchéité 27 lui aussi fixé aux longerons 19 et 20. En effet, l'étanchéité à la pluie n'est pas garantie dans le nez de l'avion REIMS CESSNA F406. Pour éviter alors que le bulbe 14 ne se remplisse d'eau, et pour éviter les courts-circuits sur la motorisation du miroir, l'ensemble de la caméra 12 est placé dans un caisson étanche joint hermétiquement à la ferrure ronde 26. Dans un exemple préféré de réalisation, la caméra 12 est une caméra à très bas niveau de luminosité. Avec une telle caméra, il est possible de se livrer à des observations nocturnes. Afin d'augmenter encore les capacités de la caméra 12, l'ensemble est en plus composé d'un illuminateur, par exemple infrarouge si la caméra est à infrarouge. L'illuminateur est asservi à la caméra 12 et est situé vers l'arrière de l'avion, sous la cabine de l'avion, à l'intérieur d'un carénage et en regard lui aussi d'un bulbe. Dans ces conditions, le carénage situé en dessous du fuselage de l'avion est muni, figure 6, d'une trappe obturée par une fenêtre 28 elle aussi transparente. Une lampe à infrarouge à faisceau dirigé est disposée au dessus de la fenêtre 28. De préférence, à l'aide de moyens d'asservissement électroniques, une zone éclairée par la lampe est justement la zone surveillée par la caméra. En pratique, le dispositif d'asservissement comporte une mesure de l'altitude de l'avion, de l'assiette de l'avion et de l'orientation du miroir et de la suspension pour repérer la zone observée par la caméra afin qu'elle soit illuminée de manière adéquate. Sur la figure 6, on a montré que la partie du carénage qui comporte la lampe est munie d'un ventilateur 29 pour garantir une température de fonctionnement de la lampe dans les conditions normales d'utilisation. Il est possible de monter par ailleurs un tel ventilateur dans l'espace entre les cadres 2et4. De manière à ce que les images soient encore plus nettes, au-delà de l'amélioration notable apportée par la réduction de la hauteur 16 de la suspension 16 du périscope 13, la caméra 12 est de préférence munie de dispositifs anti-vibration. Ces dispositifs anti-vibration peuvent être mécaniques, la caméra 12 étant montée sur des patins amortisseurs dans son boîtier. Ils peuvent également être électroniques, un traitement d'image étant effectué sur les images prélevées par un capteur de la caméra pour tenir compte des accélérations subies par ce capteur et qui sont mesurées par ailleurs. Sur la figure 5 on a montré des détails de fixation de la caméra 12. Dans ce but, les longerons 19 et 20 sont munis chacun d'un jeu de quatre consoles telles que 30. Les consoles 30 se présentent sous la forme de profilé en U, de préférence à ailes refermées, fixés sous les longerons 19 et 20 et débordant légèrement au dessus de l'espace de la fenêtre 10. Les consoles 30 reçoivent en appui la caméra 12. La caméra 12 est composée, figure 7, d'une plate-forme caméra 31, d'un calculateur 32, de l'illuminateur infrarouge 33, d'une manette de contrôle et d'un boîtier 34 d'interface de la manette de contrôle, et d'un répétiteur copilote 35. La plate-forme caméra 33 est équipée d'une caméra à très bas niveau de lumière stabilisée par un système dédié composé d'une centrale inertielle miniaturisée et d'un ensemble de servomoteurs. Ce système est intégré dans la pointe avant de l'avion. Le calculateur 32 est central. Les données vidéo, les données de la centrale inertielle, et les données de contrôle et de navigation de l'avion sont toutes traitées par ce calculateur 32, notamment afin de permettre de poursuivre des cibles voulues. Une interface homme machine est installée dans la cabine de l'avion sous forme d'une console. Un opérateur peut piloter la caméra à partir de la console équipée de la manette de contrôle sur trois axes. La manette permet à un opérateur de piloter le système. La manette est équipée de trois entrées analogiques en X, Y et Z ainsi que d'un bouton poussoir. Trois autres commutateurs de réglages à quatre positions sont utilisés pour gérer des autres fonctions du système, dont un réglage de trim de l'illuminateur, la netteté, l'ouverture et la commande marche arrêt de l'illuminateur. Un écran plat du répétiteur 35 permet de visualiser la cible. REVENDICATIONS 1 - Avion de type REIMS CESSNA F406 comportant une pointe avant munie d'une fenêtre (10) d'observation et d'une caméra (12) d'observation pour capter des images de zones visibles sous l'avion au travers de cette fenêtre, la fenêtre étant réalisée entre un cadre (2) de limite de cabine de pilotage, dit cadre 43 de cette pointe avant, et un cadre (4) avant, dit cadre 14, situé plus vers l'avant de l'avion, un cadre (3) intermédiaire entre ce cadre 43 et ce cadre 14 étant coupé en partie inférieure à l'endroit de la fenêtre, caractérisé en ce que - la caméra est une caméra à périscope (13), - la fenêtre est munie d'un bulbe (14) transparent et protubérant du fuselage pour accueillir ce périscope, - une poutre (17) de reprise d'effort est montée à l'avant et en décalage du cadre intermédiaire - la poutre de reprise d'effort est fixée (18) à la partie inférieure de ce cadre intermédiaire, - deux longerons supérieurs (19, 20) sont fixés d'une part au cadre 43 et d'autre part au dessus de la poutre de reprise d'effort, - deux longerons inférieurs (21) sont fixés d'une part au cadre 43 et d'autre part à la partie inférieure de ce cadre intermédiaire, - la caméra est fixée à certains de ces longerons. 2 - Avion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un déflecteur (22) situé sur le fuselage en avant du bulbe. 3 - Avion selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte à l'endroit de la fenêtre une deuxième enveloppe (24) de fuselage fixée sur une première enveloppe, la deuxième enveloppe comportant une fenêtre munie d'une ferrure (26) pour recevoir le bulbe. 4 - Avion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson (27) étanche pour accueillir la caméra et isoler le bulbe. - Avion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif anti-vibration pour capter des images nettes. 6 - Avion selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un jeu de consoles (30) fixées aux longerons et portant la caméra. 7 - Avion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte - une caméra à très bas niveau de luminosité, et - un illuminateur situé (28) vers l'arrière de l'avion, - l'illuminateur illuminant par asservissement une zone observée par la 5 caméra. 8 - Avion selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'illuminateur et ou un compartiment de maintien de la caméra comportent un ventilateur (29) d'aération. 9 - Avion selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte deux moteurs.