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Appareil de mesure de la vitesse des aéronefs.
La présente invention a pour objet un appareil destiné à mesurer la grandeur et la direction de la vitesse d'un aéronef dont on suppose connue l'altitude.
I- PRINCIPE DE L'INVENTION -
On admettra que la trajectoire de l'aéronef est rectiligne pendant la durée de l'observation.
La trajectoire sera en outre supposée horizon- tale. Lorsqu'elle ne l'est pas, l'appareil donne la pers- pective de la vitesse sur le plan horizontal. a) - Vitesse par rapport au sol -
Soit (fige 1) A X la trajectoire de l'objectif à l'altitude h, se projetant en a x sur le plan hori- zontal où se trouve l'observateur O. On supposera que cet observateur pointe sur l'objectif d'une manière continue, au moyen d'un viseur non représenté et assujetti à être parallè-
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le à une alidade 0 A.
Cette alidade pourra se¯déplacer dans un plan Z 0 A, autour du point 0 et le plan Z 0 A pourra tourner autour de son horizontale 0 Z formant charnière.
Ces déplacements seront commandés de la façon suivante : l'alidade sera appuyée sur une tige fixe horizontale A1 B1, parallèle à la charnière 0 Z et située à une hauteur hl, réglable, au-dessus du plan horizontal de l'observateur. Son point d'appui A1 pourra coulisser le long de cette tige, par un moyen mé- canique quelconque actionné à la main.
D'autre part, la charnière 0 Z pourra être déplacée parallèlement à elle-même, dans le plan horizon- tal, grâce à un mécanisme approprié.
Ces deux mouvements permettent évidemment de diriger l'alidade vers n'importe quel point de l'espace et ce mode de commande, qui possède des propriétés par- ticulières, constitue une caractéristique essentielle de l'invention.
Ces propriétés sont exposéés ci-après (fig. 1).
Soient V la vitesse de l'aéronef suivant A X, 2 l'angle de la charnière 0 Z avec la projection a x de A X sur le plan horizontal.
Il est facile de voir que la vitesse de déplace- ment du point a sur la parallèle a b à la charnière sera :
V cos x
Le calcul montre également que la vitesse de translation qu'il faudrait donner à la charnière, pour que le viseur puisse être maintenu pointé sur l'objectif, se- rait : @ V sin x
L'alidade 0 A s'appuyant, non pas sur A X, mais sur la droite A1 B1 située à une hauteur hl, la vitesse du point A1 sera égale à :
V cos x h1 h
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et celle de la translation de la charnière sera :
V sin x hl h
En prenant le rapport hl égal à une constante h k, les vitesses seront respectivement :
k V cos x et k V sin x
Si l'on suppose que des compteurs de tours, de type quelconque, soient liés aux commandes des mouvements de A1 et de la translation de la charnière, ces compteurs indiqueront les vitesses précédentes.
L'appareil étant disposé pour pouvoir pivoter autour d'un axe vertical, si on le fait alors tourner jusqu'à ce que la vitesse indiquée par le compte-tours du mouvement de la charnière s'annule, on aura à cet instant : k V sin x = 0 et k et V n'étant pas susceptibles de s'annuler, on en déduit : x = 0
Autrement dit : lorsqu'on fait tourner l'appa- reil autour d'un axe vertical, quand la vitesse de trans- lation de la charnière devient nulle la direction de cette charnière est parallèle à celle de la vitesse de l'objectif. On peut alors repérer cette direction par 'rapport à une direction origine fixe quelconque de l'espace.
Au même instant, x étant nul, le compteur lié à la seconde commande, indiquera k V, vitesse de 1'objectif, pour laquelle il pourra être gradue direc- tement.
Tant que la direction et la vitesse de l'objec- tif ne varieront pas, il n'y aura pas lieu de déplacer la charnière. La vitesse du point A1, comme l'indica- tion du second compteur, ne varieront pas.
Le pointage dans ce cas sera des plus faciles et la précision des mesures.très grande.
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b - Vitesse -par rapport l'air -
Lorsqu'on veut obtenir la vitesse de l'objectif par@rapport à l'air, il y a lieu de composer la vitesse obtenue au paragraphe précédent avec un vecteur égal et de sens contraire à la vitesse du vent, que l'on appellera vecteur de correction de vent.
Celui-ci peut être décomposé en deux : l'un représentant sa projection sur la ligne Nord-Sud et l'autre sa projection sur la ligne Est-Ouest.
On disposera alors (fig. 2) un disque D cou- lissant suivant le diamètre A B d'un plateau Pl, lui- même pouvant coulisser suivant un axe C d, dans une di- rection perpendiculaire à la première, les deux axes de coulissement passant par le centre du plateau P1.
A l'origine, le diamètre C d sera orienté suivant la direction Nord-Sud. Une graduation g1 conve- nable faite sur cet axe permettra de décaler le plateau P1 de la composante Nord-Sud du vecteur de correction de vent.
De même, on décalera le disque D, sur la cou- lisse A B, d'une quantité représentant la composante Est-Ouest de correction de vent lue sur la graduation g2.
Il est évident que le centre du disque se trouvera ainsi décalé du vecteur de correction de vent.
Ce disque portera une graduation en cercles de vitesses et une graduation radiale en angles.
Au-dessus du disque, on disposera une alidade E F, graduée en vitesse et munie d'un curseur à index G, dont l'index se déplace suivant un. diamètre du plateau P1.
Il est clair que si (fig. 3) l'on reporte en 0 G la vitesse par rapport au sol, donnée par le comp- teur décrit précède].Ment et si O O', décalage du centre du disque, représente le vecteur de correction de vent, 0' G représentera la vitesse par rapport à l'air.
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On trouvera sa valeur sur les cercles du disque D et sa direction sur les rayons de ce disque.
Sur la figo 3, on lirait par exemple : vitesse 40, direction 10.
II - REALISATION - a) Vitesse par rapport au sol -
La figo 4 montre l'appareil on plan et la fige 5 le montre en élévation.
L est une lunette de visée, de préférence à prisme, pour la commodité de l'observateur.
Cette lunette est fixée à une alidade à rainu- re A, qui matérialise la droite 0 Al A de la figo 1.
L'alidade A est articulée en O1 sur un axe perpendiculaire à son plan et sur un axe horizontal 0 0 représentant la charnière de la fige 1.
Ce dernier axe tourillonne dans les écrous El El des vis horizontales et parqllèlos V1 V1. Il est, par construction, perpendiculaire à celles-ci.
Ces vis sont commandées par le volant R1 et reliées par une chaîne galle .±1 et dos pignons d.entés r1 r1, ou par une liaison mécanique équivalente quelcon- que.
Une liaison mécanique quelconque avec le mou- vement de ces vis actionne un compteur C T1 fixé au bâti de l'appareil.
Comme on le voit, ce mouvement réalise la trans- lation de la charnière, prévue au chapitre I.
A titre de variante, il est bien évident qu'on pourrait entraîner l'alidade par une seule vis et un seul écrou.
L'alidade A s'appuie d'autre part sur l'écrou E3 d'une vis horizontale V3 actionnée par lo volant R3. L'alidade peut coulisser, grâce à sa rainure, sur l'écrou E3, qui porte à cet effet un axe a muni d'une tête. La vis V3 est, par construction parallèle à la
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charnière 0 0.
Elle est portée par deux p.ièces E2 E2, dans -lesquelles elle tourillonne qt qui forment écrous de deux vis verticales V2 V2, L'un de ces écrous porte un comp- teur de tours d'un modèle quelconque C T2.
Los vis V2 sont reliées par une chaîne galle c2 et des pignons r2 r2 ou toute autre transmission équivalente, de sorte qu'en actionnant le volant R2, solidaire de l'une d'elles, les écrous E2 E2 s'élèvent de la même quantité et la vis V3 se déplacer verticale- ment en restant toujours horizontale et parallèle à elle-même.
L'ensemble de l'appareil est porté par un so- cle S1 pivotant autour d'un axe vertical sur un so- cle fixe S2. Ces deux socles peuvent être rendus solidai- ros par un écrou de pression B, d'un type quelconque.
S3 est un support extérieur fixe, sur lequel est monté l'appareil.
Il est clair que ces mécanismes matérialisent les éléments de la fig. 1 et les dispositions prévues au chapitre I.
Pour que le compteur de tours 0 T2, convenable- ment graduée .donne la,vitesse de l'objectif, il suffira :
1 - de donner à la vis V3 (représentant A1 B1 de la fig. 1) une élévation verticale proportionnelle à l'al- titude h de l'objectif, qu'on lira sur une graduation k h du support (fig. 5);
2 - d'orienter le support S1, en le faisant tour- ner autour de l'axe w, de manière que la vis V3 soit trèsgrossièrement dirigée suivant la direction de la rou- te/de l'objectif.
(Cette estimation de la direction peut êter faite sans difficulté à 30 près au plus);
3 - de faire passer, par visée dans la lunette, le plan de 1'alidade par l'objectif, en agissant sur le volant R1;
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4 - de suivre l'objectif en agissent simultanément sur ce volant et sur le volant R3 qui fait pivoter l'ali= dade;
5 - de modifier progressivement l'orientation de l'appareil sur son socle, de manière à faire diminuer jusqu'à l'annuler la vitesse du volant R1, soit en ob- servant les indications du compteur C f1, qui enregistre cette vitesse, soit simplement jusqu'à ce qu'on observe l'arrêt du volant E1 lui-même;
6 - de continuer de suivre régulièrement l'objectif au moyen du volant R3.
Le compteur C T2 donnera alors la vitesse de l'objectif. b) - Vitesse par rapport à l'air -
La fig. 2 est suffisamment explicite comme exemple de réalisation.
Co dispositif peut être monté sur le pivot fixe de l'appareil, l'alidade E F étant au contraire soli- daire du socle S1.
Le report de la vitesse V sur cette alidade pourrtre fait à la main ou commandé mécaniquement par le compteur de tours C T2, par une liaison quelconque connue et non décrite.
N.B. - Les compteurs de tours mentionnés au cours de la précédente description sone sensés être du type à indication continue, électriques, électromécaniques, ou mécaniques à mouvement d'horlogeric, ou autres, et dont les types les plus répandus sont ceux des compteurs de vitesse en usage sur les automobiles.
Variante 1 -
L'alidade A (figso 4 et 5) pourrait aussi bien être articulée autour de l'axe horizontal d'une fourche F (fig. 6) à pivot vertical, ce pivot tourillon- nant dans l'axe 0 0, qui serait alors solidaire, sans articulation, des écrous E1 E1.
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L'alidade elle-même serait constituée, dans ce cas, par une tige cylindrique, passant dans un guide cylindrique pivotqnt sur l'écrou E3.
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yariante 2 (figo 7)
On pourra encore conserver le type d'alidade à rainure des figs. 4 et 5, mais disposer son articula- tion comme représenté par la fig. 7.
0 0 A est le plan contenant l'observateur et la route de l'objectif, L la lunette fixée sur l'ali- dade à rainure A, comme dans les figs. 4 et 5.
Cette alidade se termine par un anneau B C pouvant tourner dans un anneau concentrique porté par l'axe 0 0.
Cet ensemble se comporte exactement connue celui des figs. 4 et 5.
En outre, l'alidade A sera prolongée jusqu'au delà du centre des anneaux, par une queue cylindrique sur laquelle on montera une douille D ¯solidaire d'un axe horizontal F F' perpendiculaire à la douille.
Cet axe sera supporté par une fourche F F' G analogue à celle de la fig. 6 et dont l'axe D G sera vertical et passera, par construction, par le centre des anneaux.
On voit que F F' est à la fois perpendiculaire à l'alidade et à D G, donc au plan A D G, qui est le plan vertical de visée contenant l'observateur et l'ob- jectif. La rotation de D G reproduira donc les varia- tions d'azimut de l' ob j ec tif, qui pourront être enregis- trées par une graduation convenable solidaire de cet axe et non représentée.
De même, on pourrait enregistrer la rotation de l'axe F F' et obtenir ainsi le site de l'objectif, (angle de la ligne de visée avec le plan horizontal).
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Variante 3
Pour la commodité de la manoeuvre de pointage, on pourra, sur l'axe 0 0 des figs. 4 et 5 disposer deux alidades parallèles reliées par une bielle, au lieu de l'alidade unique A. Chacune de ces alidades rece- vrait une lunette, de façon à pouvoir utiliser deux pointeurs, chacun d'eux étant chargé d'assurer un seul des deux mouvements du pointage. Le montage de la seconde alidade, suivant le principe bien connu dit du parrallélogramme articulé, ne sera pas figurée
Variante 4 -
Cette variante a pour but de rendre plus rapide la manoeuvre de l'appareil.
A cet effet, on ne cherche pas à annuler la vitesse indiquée par le coupleur de vitesse qui est lié au mouvement de la charnière (par suite le mouvement de rotation de l'appareil autour de son pivot vertical, en vue d'annuler la vitesse précédente, ne sera pas effectué).
Le compteur en question indiquera d'après la théorie exposée précédemment la composante de la vitesse de l'objectif suivant une perpendiculaire à la charnièreo On a vu également que l'autre compteur indique dans tous les cas la composante de cette même vitesse suivant une paral- lèle à la charnière.- Autrement dit, les deux compteurs donnent les deux composantes de la vitesse suivant deux axes perpendiculaires. Il est donc facile de construire leur résultante qui sera la vitesse cherchée de l'objectif.
La fig. 8 montre un exemple de réalisationo V1 et V2 sont deux vis parallèles réunies par une chaîne galle C1 ou un équivalent,et sur lesquelles se déplace un chariot C2 formant écrou sur ces deux vis. Une manivelle Ml perment d'actionner ces vis et de,déplacer le chariot à volonté.
Sur ce chariot, est montée une vis V3 perpendicu- laire aux deux premières, et déplaçant un écrou E muni d'un
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index I. La vis V3 est commandée par des pignons coniques ou équivalents p1 p2. Le pignon p1 est claveté sur la vis V3; le pignon P2 est claveté à clavette coulissante sur un arbre A; il coulisse sur cet arbre grâce à un doigt D pénétrant dans une rainure circulaire dudit pignon et fixé au chariot C2. L'arbre A est commandé par une ma- nivelle M qui permet en définitive de déplacer l'écrou E à volonté sur sa vis, indépendamment du mouvement du chariot C2.
Des aiguilles ayant même centre que celles des compteurs de vitesse, dont il vient d'être parlé, sont liées mécaniquement d'une manière quelconque non figurée, respectivement aux vis Vl V2 d'une part, et à l'arbre A d'autre part.
Il est clair que si l'on maintient ces aiguilles en correspondance avec celles des compteurs, en agissant sur les volants M et M1, et en supposant les rapports de mouvements convenablement établis, l'index I dé l'écrou E se trouvera déplace dans deux directions perpendiculaires proportionnellement aux composantes rectangulaires V sin x et V cos x de la vitesse cherchée, qui sont, comme on a vu, enregistrées par les compteurs.
Le vecteur 0 1 qui joint l'indox I à l'origine 0 des mouvements de cet index, représente donc la vitesse V de l'objectif en grandeur et en direction.
Pour lire cette grandeur et cette direction, et également pouvoir tenir compte du vent, il suffit de placer le dispositif décrit fig. 2 sous l'index I, de manière que son centre coïncide avec le point 0.
Il est évident que l'on peut également se contenter de lire sur les compteurs la valeur des composantes de la vitesse et les reporter sur des graduations,dont les index soient liés au mouvement des vis V V2 et de l'arbre A.