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Perfectionnements à la commande automatique des aéronefs.
La présente invention se rapporte à des appareils de commande automatique pour aéronefs du type dans lequel un gy- roscope, dont l'axe forme un certain angle avec la verticale (cet axe étant disposé par exemple horizontalement), est conçu pour régler l'inclinaison transversale ou l'inclinaison longi- tudinale de l'aéronef.
Lorsqu'un corps qui tourne (par exemple, le rotor d'un gyroscope) est soumis à un couple autour d'un axe quelconque, ce couple peut être réduit à deux composantes : dans l'axe de rotation et l'autre dans un axe normal à l'axe de rotation.
La première composante modifie simplement la vitesse de rota-
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tion du corps et la seconde provoque la précession de l'axe de rotation autour d'un axe instantané (appelé dans ce qui suit "axe de précession"),normal tant à l'axe autour duquel agit la seconde composante qu'à l'axe de rotation. Cette seconde compo- sante du couple sera appelée pour ce motif "couple de préces- sion" dans ce qui suit. Il s'ensuit que l'axe de rotation, l'axe de précession et l'axe autour duquel agit le couple de préces- sion, forment ensemble un système orthogonal.
Dans des appareils du type décrit, il est nécessaire de faire subir au gyroscope une précession lorsque l'aéronef change de route, de manière à maintenir la position azimutale de l'qxe du rotor par rapport à l'aéronef lorsque le cap de l'aéronef est modifié. Il convient que l'axe de précession et l'axe du rotor se trouvent dans le même plan vertical, car sinon l'inclinaison de l'axe du rotor par rapport à la verticale varierait et les valeurs de l'inclinaison transversale et de l'inclinaison lon- gitudinale seraient modifiées.Ceci entraine nécessairement l'application du couple de précession autour d'un axe horizontal et, à cet effet, on sait qu'on peut utiliser des moyens appli- quant un couple de précession autour d'un axe fixé dans l'aéro- nef.
Mais cet axe peut ne pas rester horizontal lorsque l'aéronef ne vole pas horizontalement, et la présente invention a pour objet d'écarter cet inconvénient et de permettre ainsi de faire tourner l'aéronef pendant qu'il s'incline transversa- lement ou longitudinalement.
Il est d'usage d'ajouter à cet appareil de commande gy- roscopique, un appareil (qui peut ne pas être ou être également commandé gyroscopiquement) destiné à commander l'aéronef autour d'un deuxième axe horizontal. En d'autres termes, si l'appareil gyroscopique commande en ce qui concerne le tangage, l'appareil additionnel le commande en ce qui concerne le roulis et vice- versa.
Conformément à la caractéristique essentielle de la pré- sente invention, on a conçu un appareil de commande, pour aéro-
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nef, qui comprend un dispositif gyroscopique dans lequel l'axe du rotor forme normalement un certain angle avec la verticale - est disposé par exemple horizontalement - pour commander l'aéro- nef autour d'un axe horizontal, des organes de précession destinés à appliquer au dispositif gyroscopique un couple au- tour de cet axe horizontal, des moyens, qui commandent automa- tiquement l'aéronef autour d'un deuxième axe horizontal et qui comportent une pièce pouvant tourner sur une distance corres- pondant au déplacement angulaire de l'aéronef autour de ce deuxième axe horizontal, et un accouplement qui relie cette pièce aux organes de précession pour les faire tourner suivant l'angle précité,
de manière à maintenir sensiblement horizontal l'axe du couple. Lorsque cette pièce tourne suivant cet angle,le dispositif gyroscopique peut, avec avantage, "être monté sur cette pièce de façon à tourner avec elle.
Conformément à un des modes d'exécution de l'invention, les moyens pour commander l'aéronef autour du deuxième axe ho- rizontal comprennent un deuxième dispositif gyroscopique dont l'axe du rotor forme un angle avec la verticale, et les deux dispositifs gyroscopiques sont montés ensemble sur une plate- forme commune qui est supportée dans l'aéronef de façon à se mouvoir autour des deux axes horizontaux précités ou autour d'axes parallèles à ceux-ci.
Il en résulte que la rotation de la plateforme autour de l'un ou de 1' autre de ces axes a pour effet de faire tourner d'un angle correspondant, au moyen du gyroscope qui lui correspond, l'aéronef autour de cet axe et de faire tourner en même temps du même angle l'autre gyroscope et, avec lui, les organes de précession, par rapport à l'aéro- nef, de manière à maintenir horizontal l'axe du couple de pré- cession. La caractéristique essentielle de l'invention est par conséquent appliquée aux deux gyroscopes comme il a été dit plus haut.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, caractéristique grâce à laquelle on peut réaliser des vies
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à inclinaison sensiblement correcte, à un angle d'inclinaison déterminé d'avance, un de ces dispositifs gyroscopiques commande également le gouvernail de l'aéronef, et on a prévu des moyens entrant en action lorsqu'on incline volontairement l'aéronef dans le sens transversal, moyens qui sont sensibles à l'accélé- ration latérale ou glissement sur l'aile et qui sont destinés à commander le couple de précession appliqué à ce gyroscope de manière à régler le gouvernail,de sorte qu'il réduise l'ac- célération latérale ou glissement sur l'aile.
On entend ici par "accélération latérale" la composante du champ d'accélération total (qu'on mesure par exemple au moyen d'accéléromètres) dans la direction de l'axelatéral de l'aéronef.
Une autre caractéristique encore consiste en ce qu'on a prévu des moyens commandés par la rotation de cette plate- forme autour d'un des axes précités, ou d'un axe parallèle à ceux-ci pour régler l'inclinaison transversale de l'aéronef, afin de transmettre le réglage réalisé par les moyens précités, sensibles à l'accélération latérale ou glissement sur l'aile précités, à des organes qui appliquent la précession au gyros- cope de la commande de l'inclinaison latérale, dans le but d'ajuster cette inclinaison transversale de l'aéronef, lorsque cette plateforme n'est pas déplacée.
Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemple un mode d'exécution de l'appareil de commande objet de l'invention. Sur ce dessin:
La figure 1 est une vue générale de l'appareil,
Les figures 2 et 3 en représentent des détails et
La figure 4 représente un appareil de commande suivant une variante de l'invention.
On voit sur le dessin qu'une plateforme 10 est montée à pivotement sur des broches 11 dans un cadre 12 de manière à tourner autour d'un axe Y, normalement horizontal. Le cadre 12 est monté, de façon à pouvoir tourner sur des tourillons 13 pla- ces dans les paliers 14, fixés de telle manière dans l'aéronef
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que l'axe X, autour duquel le cadre 12 peut tourner, soit hori- zontal et dirigé dans le sens longitudinal de l'aéronef. La plateforme 10 est guidée, de manière qu'elle puisse se mouvoir autour de l'axe Y, par une colonne 15 qui pénètre dans une rai- nure 16 pratiquée dans un guide arqué 17 pivotant autour d'un axe qui coïncide avec l'axe Y lorsque le cadre 12 se trouve dans la position horizontale.
La plateforme 10 porte un gyroscope 100 destiné à in- fluencer l'aéronef quant à son inclinaison longitudinale, ce gyroscope comportant un rotor 18 dont l'axe de rotation est horizontal et est dirigé dans le sens longitudinal de l'aéronef.
Le rotor 18 est porté par des paliers dans un anneau à la Cardan 19 disposé horizontalement et monté à son tour dans un anneau extérieur à la Cardan 20 pouvant tourner autour d'un axe vertical sur la plateforme 10. L'anneau intérieur à la Cardan 19 est relié par une bielle 21 à une valve 22 qui commande une amenée d'air sous pression à un servo-moteur, non représenté, destiné à ajuster à la façon connue les organes ascen- sionnels de l'aéronef. L'anneau extérieur à la Cardan 20 est dé- séquilibré par un poids 23 et est relié, par une bielle 24, à une valve 25 commandant une amenée d'air sous pression à un servo-moteur, non représenté, en vue de faire fonctionner le gouvernail à la façon connue.
Sur la plateforme 10 on a monté également un gyroscope 200 pour la commande des ailerons. Ce gyroscope comporte un ro- tor 30 dont l'axe de rotation est horizontal et est disposé transversalement par rapport à l'aéronef. Le rotor est porté par des paliers dans un anneau intérieur à la Cardan 31 dont le plan est également transversal par rapport à l'aéronef, et cet anneau intérieur à la Cardan est monté à pivotement dans un an- neau extérieur à la Cardan 32 qui est monté à pivotement sur la plateforme 10, de manière à tourner autour d'un axe dirigé de l'avant à l'arrière. Cet anneau extérieur 32 est relié par une bielle 33 à une valve 34 qui commande l'arrivée d'air sous pres-
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sion à un servo-moteur non représenté, destiné à faire fonc- tionner les ailerons de l'aéronef.
L'anneau intérieur 31 est relié par une bielle 35 à une valve détectrice 36, destinée à régler l'amenée d'air à un moteur de précession 37, monté sur la plateforme 10. Ce moteur agit sur l'anneau extérieur à la
Cardan 32, par l'intermédiaire d'une bielle 38. Sur le cadre
12 est monté une console 40 qui porte une tuyère de décharge 41 pour de l'air sous pression et, vis-à-vis d'elle, une tuyère de réception 42. Une lame 43, mobile entre ces tuyères, règle la pression d'air dans le conduit partant de la tuyère 42.
La lame 43 est montée sur un poids 44 que supportent des ressorts
45, reliés à un organe 46 qui est monté sur un axe 47 suscep- tible de tourner dans le cadre 12, autour de l'axe X.L'organe
46 porte également un balai de contact électrique 48 qui coo- père avec un commutateur 49 sur le cadre 12, ce cadre présen- tant des contacts 50 et 51 d'intercommunication séparés par une pièce isolante 52. Normalement, ce balai 48 repose sur cette pièce isolante.
Le balai 48 est relié, par une batterie désignée par 53, à l'une des bornes d'un électro-aimant 54 dont l'autre borne est reliée aux contacts 50 et 51. Une armature 55 commandée par l'électro-aimant 54 est reliée à la tige 56 d'une valve de ren- versement 57.
La valve 57 présente une entrée 58 reliée à la tuyère 42 et une autre entrée 59 à laquelle est amené de l'air sous pres- sion passant par une valve réductrice 60. Suivant la position de la lame 43 entre les tuyères 41 et 42, la pression d'air appliquée à partir de la tuyère 42 à la valve varie entre des limites qui s'étendent au-dessus et au-dessous de la pression appliquée à l'entrée 59. La valve présente des orifices de sor- tie 62 conduisant à un moteur 70 destiné à ajuster l'inclinai- son transversale, porté par la plateforme 10 et pourvu d'une bielle de commande 71 reliée à l'anneau intérieur à la Cardan 31 du gyroscope 200.
La valve présente d'autres orifices de
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sortie 72 qui conduisent à un moteur 73 de précession azimu- tale relié par une bielle de commande 74 à l'anneau intérieur à la Cardan 19 du gyroscope 100 du gouvernail et des organes ascensionnels. Dans la position d'excitation de l'électro- aimant 54, l'élément mobile 63 de la valve se trouve dans une position où elle relie les entrées 58 et 59 du moteur de pré- cession 73 et, lorsque l'électro-aimant n'est pas excité, celles du moteur d'ajustage 70. Un des bords de la lame 43 se trouve normalement au centre de la tuyère 41, de sorte que la différence de pression aux entrées 58 et 59 de la valve a la valeur zéro, en position normale, et une valeur croissante lors d'un déplacement relatif de la lame et des tuyères, le signe dépendant de la direction de ce mouvement relatif.
Avec les appareils objet de l'invention, la commande de l'aéronef, en ce qui concerne le tangage et le roulis, est effectuée par des moyens tels que la poulie et le câble 80, pour faire tourner la plateforme autour de l'axe X, et d'une autre poulie et le câble 81, pour faire tourner la plateforme autour de l'axe Y. Par suite de la rotation de la plateforme 10 autour de l'axe Y, cette plateforme est déplacée de sa posi- tion horizontale dans l'aéronef de manière à produire, au moyen du gyroscope 100 une modification correspondante dans la direction en hauteur de l'aéronef. De même, par la rotation de la plateforme 10 autour de l'axe X, ce qui l'écarte de sa posi- tion horizontale dans l'aéronef, il se produit une commande de l'inclinaison transversale de l'aéronef.
Lorsque le cadre tourne autour de l'axe X, le déplace- ment relatif de la plateforme 10 et de l'anneau extérieur à la Cardan 32 du dispositif gyroscopique 200 agit sur la valve 34 pour produire un ajustage des ailerons, afin de ramener la pla- teforme 10 à la position normale horizontale en inclinant transversalement l'aéronef. Cette inclinaison de l'aéronef pro- duit un glissement sur 1' aile qui est décelé par le déplace- ment de la lame 43 par rapport aux tuyères 41 et 42 sous l'ac-
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tion du poids 43. La pression de l'air dans le conduit 58 qui part de la tuyère 42 sera donc augmehtée ou diminuée selon le cas.
Du fait que le châssis 12 a tourné dans l'aéronef, le cir- cuit de l'électro-aimant 54 est excité par le balai 48 et par un des contacts 50,51, de sorte que la soupape 57 applique les pressions d'air des entrées 58 et 59 au moteur 73 de préces- sion azimutale. Le moteur transmet un couple à l'anneau inté- rieur à la Cardan 19 et provoque la précession du rotor. Le mouvement de précession résultant qu'accomplit l'anneau exté- rieur à la Cardan 20, fait fonctionner la valve 25 pour exciter le servo-moteur et lui faire tourner le gouvernail afin de fai- re virer l'aéronef dans un sens tel qu'il limite le glissement sur l'aile qui provoque le déplacement précité de la lame 43.
Il s'ensuit que le poids 44, les tuyères 41 et 42 avec lesquelles il est associé et le moteur 73 de précession azimu- tale 73 constituent ensemble un régulateur pour régler l'impor- tance du glissement sur l'aile. Lorsqu'on fait fonctionner l'appareil décrit jusqu'ici, un glissement sur l'aile corres- pond à chaque virage et ce glissement est proportionnel au degré de virage. Pour réduire cette erreur, on déplace au-dessus de l'axe de rotation du cadre 12, comme on le montre sur la figure 3, la ligne des tuyères 41 et 42 de sorte que, lorsque le cadre 12 s'incline autour de l'axe X pour commencer un vi- rage, on déplace les tuyères par rapport à la lame 43, même si le glissement sur l'aile est nul.
Dans le vol en ligne droite le contact 28 est ouvert et la différence de pression dans les conduits 58 et 59 est ap- pliquée au moteur 70 de l'ajustage de l'inclinaison transver- sale afin d'assurer un nivellement correct de la plateforme 10 autour de l'axe X. Si, par conséquent, la plateforme 10 bascule légèrement autour de l'axe X, la lame 43 se déplace par rapport aux tuyères auxquelles elle est associée, et la pression dans le conduit 58 n'est plus égale à celle qui règne dans le con- duit 59, de manière que le moteur 70 applique un coupleà l'an-
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neau intérieur à la Cardan 31 afin de faire subir une préces- sion à l'anneau extérieur à la Cardan 32 pour modifier l'atti- tude de l'aéronef jusqu'à ce que la plateforme 10 soit nivelée correctement autour de l'axe X.
Par l'ajustement du régulateur 81 de l'inclinaison lon- gitudinale, la plateforme 10 est déplacée par rapport au gy- roscope 100 autour de l'axe de l'anneau intérieur à la Cardan et le mouvement relatif de cet anneau intérieur à la Cardan et de la plateforme 10 qui en résulte commande la valve de manière à produire un mouvement des organes ascensionnels et à faire basculer l'aéronef de façon que la plateforme revienne à la position horizontale. Mais, si la plateforme 10 est légèrement inclinée autour de l'axe Y, le poids 23 applique un couple à l'anneau extérieur à la cardan 20 qui fait subir une précession à l'anneau intérieur à la Cardan 19 et change par conséquent l'attitude de l'aéronef jusqu'à ce que la plateforme soit cor- rectement nivelée autour de l'axe Y.
On voit donc que la plateforme 10 sur laquelle sont mon- tés les appareils gyroscopiques est toujours ramenée à la posi- tion horizontale quel que soit l'ajustement de l'aéronef de sorte que dans le cas de chaque gyroscope l'axe de précession est maintenu vertical pendant un virage et se trouve par con- séquent dans le même plan vertical que l'axe du rotor.
La console 46 qui porte le balai de contact électrique 48 est montée sur un arbre 47 fixé perpendiculairement au cadre 12.
Une poulie 82 et un câble peuvent cependant la faire tourner pour produire un virage plan de l'aéronef, cas dans lequel la poulie 80 est maintenue fixe.
A d'autres points de vue, les gyroscopes 100 et 200 pro- duisent leurs fonctions bien connues et fonctionnent à la façon connue pour commander le gouvernail et les organes ascension- nels ou pour commander les ailerons, respectivement,par exemple comme on l'a décrit au brevet britannique 365.186 daté du 18 juillet 1925 et au brevet français N 779.404.
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Il est entendu que des moyens connus peuvent être prévus pour constituer un système asservi à partir de chaque servo- moteur jusqu'à la soupape qui lui est associée, bien que pour plus de clarté @es moyens asservis aient été omis sur les fi- gures 1 à 3.
Sur les figures 1 à 3, le gyroscope du gouvernail com- mande les organes ascensionnels, mais 4 les modifications né- cessaires dans le cas ou le gyroscope du gouvernail commande les ailerons deviennent évidents, si l'on tient compte de la description qui précède.
Dans le dispositif modifié représenté schématiquement par la figure 4, un gyroscope 101 destiné à régler l'inclinaison longitudinale de l'aéronef a l'axe de rotation de son rotor 102 disposé horizontalement et s'étendant de l'avant à l'arrière de l'aéronef. Le rotor est monté dans des paliers dans un anneau intérieur à la Cardan 103 disposé horizontalement et, à son tour, monté à pivotement dans un anneau extérieur à la Cardan 104 p qui peut tourner autour d'un axe vertical. L'anneau in- térieur à la Cardan 103 est relié, par une bielle 105, à une valve 106 qui règle une amenée d'air sous pression à un servo- moteur 107 contenant un piston à double action, dont la tige de piston 108 est reliée aux organes ascensionnels.
Un système as- servi est constitué par une liaison "visqueuse" 109 dont la longueur peut se modifier et qui est constituée par exemple d'un piston et d'un cylindre chargé d'un fluide, un passage restreint reliant les deux extrémités du cylindre. La liaison est reliée à l'un des bras d'un levier 110 dont l'autre bras est relié par une bielle III au cylindre de la valve 106. Des ressorts de centrage 115 et 116 ont été prévus pour le méca- nisme asservi. Un moteur de précession azimutale 112, installé sur une plaque 113, montée de façon à pouvoir tourner dans un plan vertical, agit sur l'anneau à la Cardan 103 par l'inter- médiaire d'une bielle 114.
De l'air sous pression est appliqué à ce moteur sous l'influence de moyens (non représentés) des-
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tinés à déceler la précession de l'anneau à la Cardan exté- rieur 104 en raison de mouvements d'inclinaison del'aéronef dans le sens longitudinal, de façon à maintenir la position azimutale de l'axe du rotor par rapport à l'aéronef.
Un autre gyroscope 120 destiné à commander les ailerons de l'aéronef comporte un rotor 121 dont l'axe de rotation est horizontal et se trouve dans le sens transversal de l'aéronef.
Ce rotor est supporté par des paliers dans un anneau intérieur 122 qui peut tourner autour d'un axe vertical dans un anneau extérieur à la Cardan 123. Ce dernier est monté à pivotement autour de l'axe de roulis dans un châssis asservi 124 monté également à pivotement autour du même axe/ Ce châssis asservi porte une valve à piston 125 dont le piston est relié par une bielle 126 à l'anneau extérieur à la Cardan 123, la valve 125 règle une amenée d'air sous pression à un servo-moteur 127 contenant un piston agissant dans les deux sens, piston dont la tige 128 est reliée aux ailerons. Un système asservi est cons- titué par une liaison "visqueuse" 129 reliée à la tige du pis- ton et à un des bras d'un levier 130, dont l'autre bras est relié au châssis asservi 124. Des ressorts de centrage 131 et 132 sont prévus pour le châssis asservi.
Grâce à ce gyroscope, le mouvement de roulis de l'aéronef provoque un déplacement relatif entre l'anneau extérieur à la Cardan 123 et le châssis asservi 124, ce qui fait fonctionner la valve 125 de manière à déplacer les ailerons pour s'opposer au roulis.
Pour atteindre le but de la présente invention, le châs- sis asservi 124 est accouplé au moteur de précession 112 de façon que ce dernier tourne suivant le même angle que ce châs- sis asservi. A cet effet, le châssis asservi 124 présente un prolongement 134 relié par une bielle 133 à la plaque 113 qui porte le moteur de précession 112, de façon que le déplacement angulaire du châssis asservi du gyroscope 120 d'un angle quel- conque produise un déplacement angulaire égal du moteur de précession 112.
Par conséquent, si l'aéronef volait avec une
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inclinaison transversale, le déplacement du châssis asservi 124 qui en résulterait produirait un déplacement correspondant du moteur de précession 112 qui, à son tour, fait tourner l'an- neau intérieur à la Cardan du gyroscope ICI pour maintenir sen- siblement horizontal l'axe autour duquel agit le couple de précession.