Brevet FR2916184A1 — publié le 20081121

SIEGE DE VEHICULE ET VEHICULE SPATIAL EQUIPE DE CE SIEGE DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un siège à 5 monter dans un véhicule et un véhicule spatial équipé d'un tel siège. On cherche ici à réduire les effets des accélérations sur les occupants des sièges. Ce problème apparaît notamment dans le transport spatial, que ce 10 soit pour des fusées ou des avions spatiaux (capables de vols hors de l'atmosphère, pouvant ainsi s'élever à 100 km d'altitude environ, par exemple). L'accélération peut atteindre de 5 à 10g pendant plusieurs dizaines de secondes lors des phases de décollage ou de retour. Si 15 les exigences de confort sont moins nécessaires à l'égard de pilotes professionnels, qui sont jusqu'à présent presque les seuls à avoir participé aux vols spatiaux, les prévisions d'extension de ceux-ci au transport de passagers ordinaires ou même au tourisme 20 rendent nécessaires des perfectionnements aux aménagements existants, soit pour donner un confort meilleur dans les vols existants, soit pour permettre des vols à des accélérations plus élevées que celles qui sont prévues aujourd'hui, soit pour offrir une 25 marge de sécurité plus large en prévision de circonstances imprévues comme des accidents. Tel est l'objectif principal de l'invention. Un deuxième objectif est de proposer des aménagements originaux de l'habitacle et de la disposition des sièges dans le cas d'un véhicule spatial, et plus particulièrement d'un avion spatial. Cette invention peut toutefois s'appliquer à d'autres applications où de fortes accélérations se rencontrent, comme par exemple dans les avions de chasse militaires, les manèges, ou les installations de simulation d'accélérations par centrifugation. Il est bien connu que l'Homme peut mieux résister aux accélérations orientées dans la direction antéro-postérieure du corps qu'en direction de sa hauteur, la colonne vertébrale étant moins chargée pour une valeur égale d'accélération, et que la posture recroquevillée du corps est plus avantageuse qu'une posture allongée dans une direction défavorable. Plusieurs documents exposent des conceptions de sièges destinés à exploiter ces circonstances pour améliorer la résistance aux accélérations en modifiant la forme ou la position de sièges ordinaires. Un des premiers pourrait être le document US 2 304 781 qui mentionne déjà l'intérêt d'orienter le corps perpendiculairement à l'accélération et qui expose un siège déformable entre une position assise verticale, utilisée dans des circonstances ordinaires, et une position couchée complètement étendue sur le dos utilisée dans de fortes accélérations. La position recroquevillée est exploitée dans le document US 4 301 983. Dans le document US 5 064 146, l'occupant du siège est maintenu dans une posture invariable moyenne entre l'extension et la recroquevillée, mais l'inclinaison du siège varie de manière à présenter le corps à l'orientation la plus favorable. D'autres documents (US 4 243 024, US 2006/0237586 et US 2006/0145021) traitent d'autres aménagements pour améliorer le confort du vol à l'encontre des accélérations ou des vibrations, soit par une combinaison anti-g, soit par des aménagements particuliers des sièges. Les dispositifs impliquant des modifications de la forme ou de l'orientation des sièges de cette revue de l'art antérieur sont toutefois tous relatifs à des avions atmosphériques et sont destinés à leurs pilotes. Les fusées à lancement vertical comportent des couchettes fixes où les passagers sont maintenus couchés pendant les phases de fortes accélérations ; elles n'exploitent donc pas les conceptions précédentes. On a cherché à améliorer les conceptions de sièges présentés dans l'art antérieur tout en les appliquant aux véhicules spatiaux et à des passagers préoccupés de confort et même d'agrément de vol et qui ne participent pas au pilotage de l'appareil. Pour résumer, il a été retenu un fauteuil rigide mais pivotant autour d'un axe sensiblement longitudinal en direction de la hauteur de l'occupant qui y est assis ou étendu, plutôt que transversal comme dans certaines conceptions connues. Cette disposition est originale puisqu'elle ne recourt ni à un changement de posture ni à une variation d'inclinaison de l'occupant dans l'habitacle, du moins dans les réalisations les plus simples de l'invention ; mais elle permet de placer le corps du passager à une orientation favorable dans de nombreuses circonstances et notamment dans des vols caractéristiques d'avions spatiaux. Sous un aspect général, l'invention concerne ainsi un siège à monter dans un véhicule, comprenant une coque rigide s'étendant des pieds à la tête d'un occupant du siège, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pièce d'axe à engager dans une structure de support, la pièce d'axe étant orientée dans une direction d'alignement essentiellement parallèle à une direction longitudinale de l'occupant et reliée à la coque par un raccord dirigé de sorte que l'occupant soit au moins essentiellement placé entre la coque et la direction d'alignement de la pièce d'axe. La structure de support peut comprendre un curseur mobile sur une piste fixée dans le véhicule, le curseur étant retenu sur la piste. Un tel dispositif optionnel rétablit la possibilité de modifier l'inclinaison de l'occupant dans l'habitacle, à l'instar de solutions déjà connues, et la double rotation du siège qui est alors possible place l'occupant encore mieux perpendiculairement à l'accélération. Un autre aspect de l'invention est un véhicule spatial et notamment un avion spatial, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un siège conforme à l'une quelconque des revendications précédentes dans l'habitacle. Il est avantageux que dans un tel véhicule, la direction d'alignement de la pièce d'axe soit essentiellement perpendiculaire à la direction longitudinale du véhicule spatial, permettant un aménagement plus favorable dans lequel les sièges s'orientent de façon favorable (perpendiculaire à l'accélération) pendant les conditions normales de vol. De plus, les passagers sont placés à côté les uns des autres, généralement tournés vers la paroi de l'habitacle et des hublots qui leur offrent le spectacle du vol. Notamment dans cette configuration des sièges et si les sièges autorisent la double rotation, les pistes où coulissent les curseurs de support des pièces d'axe des sièges peuvent comprendre une portion postérieure essentiellement verticale dans l'habitacle ; une portion inférieure essentiellement horizontale dans l'habitacle ; et éventuellement une portion antérieure oblique dans l'habitacle, jointe à la portion inférieure. Il est alors possible de faire évoluer l'orientation du passager d'une posture essentiellement verticale, ou du moins plutôt verticale qu'horizontale, à une posture essentiellement horizontale dans l'habitacle. Dans un aménagement particulier et avantageux, la direction d'alignement de la pièce d'axe fait un angle non nul avec la direction longitudinale du véhicule spatial, le véhicule spatial comprenant une pluralité desdits sièges alignés dans l'habitacle dans la direction longitudinale du véhicule spatial en une rangée unique, les sièges étant orientés symétriquement par moitiés par rapport à un plan sagittal (longitudinal, vertical et bissecteur) de l'habitacle. On offre à la fois ainsi une bonne facilité d'accès aux sièges tout en permettant une répartition équilibrée des masses dans l'habitacle du véhicule, et un meilleur aménagement du volume. Cet angle non nul peut être inférieur à 25 mais supérieur à 15 . Dans un autre aménagement particulier et avantageux, l'inclinaison des sièges sur l'horizontale fait un angle de 25 à 40 environ, qui peut être de 35 environ. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures, dont : - la figure 1 illustre un siège conforme à l'invention, - les figures 2A, 2B, 2C et 2D, une autre réalisation de siège conforme à l'invention dans différents états, - la figure 3, une disposition en perspective de sièges conformes à l'invention dans un habitacle d'avion spatial, - et les figures 4 et 5, deux vues en coupe d'habitacle d'avion spatial munis de sièges d'après la réalisation de la figure 1, - et la figure 6 illustre un aménagement possible. La figure 1 représente un siège conforme à l'invention. Il comprend une coque 1 rigide unique soutenant tout le corps de l'occupant et comprenant un appuie-tête 2, un dossier 3, un siège proprement dit 4 mettant l'occupant en position assise, un appuie-jambes 5 et un repose-pieds 6 de haut en bas, ainsi qu'une bordure 7 sur tout le pourtour et une paire d'accoudoirs 8 aux endroit idoines de la bordure 7. Il comprend aussi une paire de pièces d'axe 9 et 10 , la première au-dessus de la tête et la seconde au-dessous des pieds ; si celle-ci est reliée directement à la coque 1, et plus précisément à la bordure 7 sous le repose-pieds 6, celle-là est reliée à la bordure 7 sur le l'appuie-tête 2 par un bras d'excentrement 11 dirigé vers l'avant de la tête de l'occupant et de la coque 1 et dont l'effet est de repousser l'axe d'alignement 12 des pièces d'axe 9 et 10 en avant de la plus grande partie du corps de l'occupant, sauf à l'endroit des jambes, ce qui fait que le centre de gravité de l'ensemble formé par le siège et par son occupant est décalé de l'axe d'alignement 12 ; et comme les axes 9 et 10 sont montés en tournant librement ou à peu près dans la structure du véhicule spatial, le siège et son occupant s'orientent toujours dans la direction de l'accélération. Une illustration en est donnée avec le mode de réalisation plus complexe des figures 2A, 2B, 2C et 2D. Le siège de la figure 1 a ses axes 9 et 10 qui peuvent être disposés dans des paliers fixes du véhicule, mais les axes de la réalisation des figures 2 sont logés au centre de curseurs composés ici d'une traverse supérieure 13 et d'une traverse inférieure 14 transversales aux sièges, parallèles entre elles et dont les extrémités sont assujetties de façon glissante à des éléments de piste respectifs 15 et 16 dont chacun comporte ici une portion postérieure 17 essentiellement verticale mais inclinée vers l'arrière de l'occupant, une portion inférieure 18 essentiellement horizontale et une portion antérieure 19 oblique pouvant être essentiellement verticale mais inclinée vers l'avant de l'occupant. La portion postérieure 17 peut être isolée des autres, qui sont au contraire jointives en prolongement l'une de l'autre. Cette disposition permet, à partir d'une position au repos illustrée à la figure 2A, des pivotements du siège d'après la figure 2B, une variation d'inclinaison au siège d'après la figure 2C, ou les deux d'après la figure 2D. L'occupant peut ainsi passer d'une position essentiellement verticale ou plutôt verticale qu'horizontale, avec la tête en haut, à une position tournée vers un côté ou l'autre et à des positions de plus en plus basculées vers l'arrière jusqu'à des positions essentiellement horizontales, grâce aux portions antérieures 19 des éléments de piste 15 et 16 qui permettent de soulever les pieds de l'occupant. Les efforts dus aux accélérations placent eux-mêmes l'occupant à l'orientation la plus favorable, perpendiculaire ou aussi perpendiculaire que possible à eux, grâce à ce que la position du centre de gravité du siège et de son occupant est décalée de la direction d'alignement 12 vers l'arrière, et les éléments de piste 15 et 16 sont inclinés sur la verticale dans des sens opposés (en s'éloignant l'un de l'autre vers le haut) aux portions antérieures 19, et postérieures 17, et sensiblement horizontales aux portions médianes 18, de sorte que les forces d'accélération dirigées dans le plan des éléments de piste 15 et 16 possèdent toujours des composantes faisant glisser le siège le long de la piste. La figure 3 représente un aménagement possible d'avion spatial comprenant les sièges de l'invention, à qui on a attribué la référence 20. Quatre sièges 20 sont placés dans un habitacle 21 de l'avion délimité par un fuselage 22 à peu près cylindrique, avec une orientation transversale, essentiellement perpendiculaire à la direction longitudinale 23 de l'avion, des directions d'alignement 12 des pièces d'axe. On remarquera que deux des sièges 20 sont placés en étant orientés vers un côté du fuselage, et les deux autres vers le côté opposé ; de même, deux des sièges 20 sont adossés à un des côtés du fuselage 22 et les deux autres au côté opposé. Cette répartition complètement symétrique des sièges 20 par rapport à un plan sagittal (longitudinal, vertical et bissecteur) de l'habitacle 21 garantit le maintien de l'équilibre des masses dans l'habitacle 21. On a figuré des sièges conformes à la réalisation de la figure 2. Les portions postérieures 17 des éléments de piste 15 et 16 peuvent être placées sur le fuselage 22, les portions inférieures 18 sur le plancher 24 de l'habitacle 21, et les portions antérieures 19 peuvent être placées sur les côtés opposés du fuselage 22 ou, comme on l'a représenté ici, à distance de ceux-ci afin de laisser subsister un espace de passage plus important au pied des sièges 20. Cette figure 3 permet de bien comprendre l'avantage apporté par l'invention. La plupart des accélérations fortes produites pendant un vol sont orientées dans le plan sagittal de l'appareil, avec des forces sur les occupants orientées vers l'arrière en cas d'augmentation simple de la vitesse ou obliquement quand une variation de la vitesse est conjointe à un mouvement de tangage ou à une variation d'altitude qui donne une composante verticale à l'accélération. Or le pivotement du siège autour des pièces d'axe 9 et 10 permet de suivre les variations de direction des forces dans le plan sagittal si la direction d'alignement 12 du siège est essentiellement perpendiculaire au plan sagittal ou du moins le coupe avec un grand angle ; et le mécanisme à basculement coulissant sur les éléments de piste 15 et 16 permet d'incliner le siège davantage, rendant l'occupant mieux perpendiculaire à ces forces dans le plan sagittal. On remarquera que, dans cette conception où les passagers font généralement face à un côté du fuselage 22, ils sont placés devant les hublots 25 qui leur permettent d'assister au vol dans les meilleures conditions. Les figures 4 et 5 représentent un autre aménagement possible, avec des sièges 26 placés sensiblement de la même façon que les précédents mais qui sont conformes à la réalisation de la figure 1 en autorisant une rotation simple. L'angle 27 d'inclinaison des directions d'alignement 12 des pièces d'axe est alors fixe et doit être choisi selon la spécification des vols pour minimiser les accélérations subies par les occupants ; une valeur de 35 environ d'inclinaison sur l'horizontale pour cet angle 27 peut donner de bons résultats, en réduisant beaucoup les efforts en direction longitudinale du corps que subit la colonne vertébrale tout en accordant une position agréable pendant le vol sans accélération ; des inclinaisons plus faibles sur l'horizontale peuvent réduire encore mieux ces efforts longitudinaux en raison de ce que les accélérations existent principalement dans le plan sagittal de l'appareil mais le confort de l'occupant au décollage et en vol uniforme est moins bon et le siège occupe aussi plus d'espace transversal, ce qui nuit à l'aménagement, d'où un angle 27 relativement important. Et l'angle 28 que prennent les directions d'alignement 12 avec les sections droites du fuselage 22, ou par rapport à la perpendiculaire de la direction longitudinale 23, peut être non nul pour donner l'impression d'un volume plus important et pour améliorer l'accès aux différents sièges ; il peut être de 20 environ, en tout cas compris entre 15 et 25 . Un angle faible est préféré pour la résistance aux accélérations, mais un angle plus élevé donne un aménagement meilleur de l'habitacle 21. Les choix de ces deux angles résulteront donc de compromis entre des exigences contraires. Les valeurs données ici ne sont pas absolues, et d'autres peuvent se révéler meilleures avec d'autres spécifications. Il faut souligner que la disposition habituelle des sièges des avions est vers l'avant (l'angle 28 étant égal à 90 ) et que si des orientations transversales (l'angle 28 étant nul) ont été adoptées au moins dans des véhicules terrestres, des angles 28 assez faibles mais non nuls semblent nouveaux dans les véhicules et notamment les aéronefs. La coque 1 du siège peut être garnie de tout revêtement aidant au confort et à l'absorption de chocs, comme du cuir, de la mousse ou les deux. Elle comprend aussi des ceintures de sécurité, des angles ou d'autres dispositifs équivalents d'attache de l'occupant. Un surcroît de résistance aux accélérations peut être apporté par une souplesse des supports des pièces d'axes 9 et 10, qu'ils soient fixés au véhicule ou sous forme de curseurs mobiles telles les traverses 13 et 14, et qui absorbe de l'énergie en se déformant. Une telle idée peut être appliquée surtout à l'amortissement de chocs accidentels importants, et une réalisation consisterait à aménager des points faibles dans les supports, comme des strictions de section qui subiraient alors des déformations permanentes. On le représente à la figure 6, où la traverse 13 porte une paire de strictions 32 de part et d'autre de l'emplanture de la pièce d'axe 9, et où on a représenté aussi des galets 32 et 33 assujettis à la traverse 13 et logés de façon glissante dans des rails creux des éléments de piste 15 et 16. D'autres conceptions, impliquant par exemple des amortisseurs élastiques, restent possibles. La traverse 14 peut être conçue de la même façon. On a vu que l'orientation du siège autour d'un ou des deux axes de rotation était ajustée automatiquement par les forces d'accélération. Un mécanisme de blocage peut toutefois être ajouté, qui permet de maintenir le siège à une position de repos et que l'occupant libère dès qu'il est installé et attaché. Un frein est aussi ajouté pour limiter la vitesse et l'ampleur des mouvements et empêcher des mouvements intempestifs, trop rapides, excessifs ou produits par des forces trop faibles il convient notamment d'éviter les tournoiements en toupie du siège. De tels freins peuvent être engagés entre les pièces d'axe 9 et 10, et entre les galets 32 et 33 et les rails des éléments de piste 15 et 16, pour produire des frottements. Un genre de freins convenable pour un freinage léger comprend un boîtier empli d'huile et des ailettes fixées à une des pièces d'axe et brassant l'huile quand la pièce d'axe tourne pour produire un amortissement par les forces de viscosité. Un genre de freins convenable pour un freinage plus fort comprend des plaquettes repoussées sur la pièce d'axe par un ressort et frottant sur lui. Un troisième genre de freins utilisable est un vérin hydraulique, raccordé à la pièce d'axe par un bras de levier articulé au piston du vérin, qui se déplace dans de l'huile mais possède des positions de butée. Des systèmes composites peuvent être choisis, ou des freins débrayables, pour exercer des freinages différents selon les circonstances, notamment plus importants aux grandes vitesses de rotation, qui correspondent à des turbulences ou à d'autres états accidentels. Les freins hydrauliques possèdent d'ailleurs une telle progression de freinage. Tous les freins mentionnés, étant connus des techniciens, ne sont pas plus décrits ici. L'occupant peut aussi être en position allongée dans le siège, qui ne comporte alors plus la partie 4. Le bras d'excentrement pourrait être remplacé par une autre portion de raccordement entre la pièce d'axe 9 correspondante et la coque 1, comme un prolongement incurvé de la coque 1. REVENDICATIONS 1) Siège à monter dans un véhicule, comprenant une coque (1) rigide s'étendant des pieds à la tête d'un occupant du siège, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pièce d'axe (9, 10) à engager dans une structure de support, la pièce d'axe étant orientée dans une direction d'alignement (12) essentiellement parallèle à une direction longitudinale de l'occupant et reliée à la coque (1) par un raccord (11) dirigé de sorte que l'occupant soit au moins essentiellement placé entre la coque et la direction d'alignement de la pièce d'axe. 2) Siège selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coque est formée de sorte que l'occupant soit en position assise. 3) Siège selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux pièces d'axe (9, 10), les pièces d'axe étant placées à deux bouts opposés du siège dans la direction longitudinale de l'occupant. 4) Siège selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure de support comprend un curseur (13, 14) mobile sur une piste fixe dans le véhicule et retenu sur la piste. 5) Siège selon la revendication 4, caractérisé en ce que le curseur mobile est une traverse allongée, la piste est double et formée de deux éléments (15, 16) parallèles, la traverse recevantun des axes lisses dans une portion de mi-longueur et étant respectivement retenue sur les éléments de piste par deux portions extrême opposées. 6) Véhicule spatial, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un siège conforme à l'une quelconque des revendications précédentes dans son habitacle. 7) Véhicule spatial selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme de frein entre les axes et la structure de support. 8) Véhicule spatial selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme d'arrêt pouvant être débrayé entre les axes et la structure de support. 9) Véhicule spatial selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la direction d'alignement de la pièce d'axe est essentiellement perpendiculaire à la direction longitudinale du véhicule spatial. 10) Véhicule spatial selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, le siège étant conforme à l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la piste comprend une portion postérieure (17) essentiellement verticale dans l'habitacle. 11) Véhicule spatial selon la revendication 10, caractérisé en ce que la piste comprend une portion inférieure (18) essentiellement horizontale dans l'habitacle. 12) Véhicule spatial selon la revendication 11, caractérisé en ce que la piste comprend une portionantérieure (19) oblique dans l'habitacle et jointe à la portion inférieure. 13) Véhicule spatial selon la revendication 12, caractérisé en ce que la direction d'alignement de la pièce d'axe admet des inclinaisons variant entre une inclinaison plutôt verticale qu'horizontale et une inclinaison essentiellement horizontale dans l'habitacle. 14) Véhicule spatial suivant l'une quelconque des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que le véhicule spatial comprenant une pluralité desdits sièges alignés dans l'habitacle dans la direction longitudinale du véhicule spatial en une rangée unique, les sièges étant disposés symétriquement par moitiés par rapport à un plan longitudinal, vertical et bissecteur de l'habitacle. 15) Véhicule spatial suivant l'une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que la direction d'alignement de la pièce d'axe fait un angle non nul avec la direction longitudinale du véhicule spatial. 16) Véhicule spatial suivant la revendication 15, caractérisé en ce que l'angle non nul est inférieur à 25 . 17) Véhicule spatial suivant la revendication 16, caractérisé en ce que l'angle non nul est supérieur à 15 . 18) Véhicule spatial suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la direction d'alignement des axes est inclinée de 25 à 40 environ sur l'horizontale. 5 19) Véhicule spatial suivant la revendication 18, caractérisé en ce que la direction d'alignement des axes est inclinée de 35 environ sur l'horizontale. 20) Véhicule spatial suivant l'une quelconque des revendications 6 à 19, caractérisé en ce qu'il est un avion spatial.