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INSTRUMENT DE CONTROLE DU VOL POUR HELICOPTERES.
La présente invention concerne les aéronefs et plus particuliè- rement les dispositifs permettant "le vol aux instruments de bord" des hé- licoptéres ou engins analogues.
L'invention a pour but de réaliser pour les hélicoptères un in- strument pratique de contrôle du vol permettant de maintenir 1-'hélicoptère dans une position correcte au cours d'un vol sans visibilité.
Dautres buts et avantages de l'invention apparaîtront dans le texte suivante
Les premiers essais tentés pour résoudre le problème du contrô- le de la position en vol des aéronefs à aile tournante ont eu recours à un rapprochement évident en utilisant un indicateur gyroscopique d'horizon stan- dard monté dans le fuselage., cet instrument s'étant révélé très efficace dans les aéronefs à aile fixe.
Cependant, les instruments de ce type indi- quent seulement la position du fuselage de l'aéronef par rapport à l'hori- zona Or, dans le cas des hélicoptères)) l'expérience a montré que les don- nées relatives à la position du fuselage sont trompeuses, en ce qui concer- ne le but proposé,au point d'être même dangereuses, quand l'hélicoptère vole sur place ou à une vitesse inférieure à 64 km à 1-'heure. L'horizon gyroscopique monté dans le fuselage s'est révélé par contre satisfaisant quand le vol s'effectue à une vitesse supérieure à 64 km à l'heure; dans ces conditions en effetun hélicoptère répond aux commandes et vole à peu près comme un aéronef à aile fixe.
Les indicateurs gyroscopiques d'horizon ne conviennent pas pour le vol à faible vitesse par suite du retard avec lequel se produisent les changements de position du fuselage chaque fois que le ro-
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tor est soumis à l'action de facteurs perturbateurs.
On sest également intéressé dans le passé aux instruments! indi- cateurs à plateau oscillant; mais ces instruments ne renseignent en réalité le pilote que sur la position cyclique du rotor par rapport au fuselage et ne tiennent par conséquent aucun compte de la référence de l'horizon réel, référence indispensable pour un contrôle dynamique précis du vol d'un hé- licoptère. On s'est aperçu, en fait, que ces instruments fournissaient des renseignements qui étaient souvent erronés et pouvaient entraîner par consé- quent des suites désastreuses.
La présente invention prévoit 1?utilisation d'un organe de dé- tection de 1?inclinaison du rotoren même temps que de moyens nouveaux de transmission et d'interprétation, en vue de fournir un pilote, à chaque instant, des renseignements précis sur la position du rotor. Puisqu'un hé- licoptère comprend essentiellement un rotor principal sustentateur et un fuselage suspendu pendulairement à ce rotor., les effets des commandes de vol d'un tel aéronef dépendent principalement de la position, par rapport à l'horizon, du disque balayé par le rotor sustentateur et sont sensible- ment indépendants des mouvements de balancement du fuselage sous le rotor.
Il est maintenant bien connu que dans un hélicoptère donné quelconque un angle d'inclinaison du cercle balayé par le rotor fournit un régime de vol à une vitesse stable déterminée. Par exemple, pour voler à la vitesse zé- ro par rapport a l'air, le rotor doit tourner dans un plan à peu près ho- rizontal, et pour une vitesse horizontale déterminée l'angle d'inclinaison du cercle balayé par le rotor doit avoir une valeur correspondante par rapport à 1-'horizon; ces fonctions sont entièrement indépendantes de la position du centre de gravité., de l'inclinaison du fuselage et d'autres facteurs analogues.
Ainsi)) puisque tout changement dans la position du rotor par rapport à l'horizon provoque un changement de vitesse, il est essentiel que le pilote soit renseigné instantanément sur un changement de position du rotor de manière à pouvoir lui apporter à temps la correc- tion voulue par un réglage convenable de ses commandes. La présente in- vention vise par conséquent à réaliser un instrument de contrôle du vol qui permette au pilote, par une aetion anticipée, de maintenir un régime de vol-désiré en évitant la perturbation des rafales et actions analogues qui troubleraient profondément le fonctionnement d'un instrument quelcon- que de type connu.
La présente invention a pour objet un dispositif monté à bord d'un hélicoptère ou engin analogue et comprenant un premier générateur de signaux sensible à 1?inclinaison du disque du rotor par rapport au fusela- ge, un deuxième générateur de signaux sensible à l'inclinaison du fuselage par rapport à 1-'horizon., et un moyen de comparaison et d9interprétation des deux signaux engendrés par les dits générateurs, ce moyen fournissant un signal résultant qui est transmis à un instrument indicateur du poste de pilotage; cet instrument fournit au pilote une indication visuelle de la position du disque du rotor par rapport à l'horizon, indépendamment de la position du fuselage.
On utilise la représentation courante des mouvements universels dinclinaison à l'aide des composantes de tangage et de roulis; autrement dit, les renseignements résultais donnés par l'instrument indica- teur concernent aussi bien l'inclinaison longitudinale? du disque du rotor que son inclinaison latérale.
En résumé, on prévoit généralement, dans un mode de réalisation pratique de la présente invention, un système de transmission du type "Sel- syn" qui fournit un voltage proportionnel aux mouvements- d'inclinaison du rotor par rapport au mât supportant celui-ci. On prévoit en même temps un horizon gyroscopique standard fournissant des voltages proportionnels aux inclinaisons longitudinale et latérale du fuselage par rapport à l'horizon; les voltages ainsi fournis par ces deux sources sont ajoutés en série et en- suite amplifiés.
Après avoir été amplifiés, les voltages résultants sont con-
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vertis en signaux correspondants de courant continu et envoyés ensuite dans deux voltmètres sensibles à zéro central par l'intermédiaire d'un mécanisme de synchronisation à relais qui sélectionne et sépare les renseignements désirés relatifs au tangage et au roulis.
Les cadrans de ces voltmètres peuvent comporter naturellement des dispositions quelconques de manière à présenter aux yeux du pilote une représentation convenable de la position du rotoro
On va décrire à présent un mode de réalisation particulier de l'invention, en se référant au dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est une élévation partielle montrant, conformément à l'invention, le rotor sustentateur d'un hélicoptère et le dispositif de commande ;
La figure 2 montre schématiquement une partie du dispositif conforme à l'invention;
La figure 3 est un schéma des circuits électriques faisant par- tie du dispositif;
La figure 4 illustre l'un des principes de base de l'inven- tiono
Si on considère maintenant le dessin, on voit que l'hélicop- tère auquel l'invention est supposée appliquée, comprend un mât 10 suppor- tant le rotor et solidaire naturellement du fuselage., et un rotor de sus- tentation monté au sommet du mât 10 et comprenant deux pales 12-12 qui sont diamétralement oppo$ées, fixées sur un moyeu 14 mais susceptibles de tourner individuellement sur celui-ci dans le but de réaliser des changements de pas.
Le moyeu 14 peut de son côté tourner dans toutes les directions par rapport au mât 10 grâce à deux biellettes 16-16 articulées sur un anneau de cardan 18 au moyen de deux pivots 19-19 dans le prolongement l'un de l'autre, l'axe de pivotement commun aux deux pièces 19 étant orienté suivant la lon- gueur des pales. L'anneau de cardan 18 est articulé à son tour sur le mât 10 par deux pivots diamétralement opposés 20 dont l'axe de pivotement est perpendiculaire à celui des pivots 19-19.
Ainsi, quand l'arbre 10 tourne, les pales du rotor sont entraînées par cet arbre dans un mouvement de rota- tion, et le plan dans lequel se déplacent les extrémités des pales peut s'incliner dans un sens quelconque par rapport au mât- Les pales 12 du ro- tor -sont munies chacune d'un levier de commande 22 et d'une tige de comman- de 24, les tiges de commande 24 étant reliées à un plateau oscillant 25 monté par un joint universel sur le mât 10; on peut ainsi cpmmander à vo- lonté la position du plateau 25 de manière à produire un changement cycli- que du pas des pales et à commander par conséquent la position du plan de rotation du rotor suivant une technique bien connue dans la construction des hélicoptères.
Il faut bien se rendre compte par conséquent que le rotor re- présenté sur le dessin est monté de telle façon que la trajectoire du bout de ses pales peut être inclinée d9une manière universelle par rapport au mât, soit sous l'effet fortuit de perturbations telles que des rafales, soit dans le but de commander le régime de vol de l'hélicoptère. Dans le mode de réalisation représenté, l'inclinaison du rotor par rapport au mât ou au fuselage de l'aéronef est mesurée au moyen d'un générateur de signaux 28 mon- té sur le mât 10 et entraîné par l'une des pales 12 quand celle-ci pivote sur les axes 20-20 tout en se déplaçant dans-un plan incliné.
Les signaux électriques nécessaires peuvent être dérivés d'une source convenable, telle qu'un générateur "Selsyn" ou "Autosyn" (excité par courant alternatif ou par courant continu),ou un potentiomètre ou un générateur de voltage; quel- le que soit la source employée, celle-ci est entraînée mécaniquement par le -mouvement de battement du rotor autour des pivots 20-20. Le générateur de
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signaux 28 est donc monté au sommet du mât 10 et fait partie intégrante de celui-ci; il est relié par une tringlerie 29 à l'une des biellettes 16 de manière à être entraîné mécaniquement-par celle-ci quand la pale 12 corres- pondante pivote sur les axes 20-20, comme on 1-la déjà expliqué plus haut.
Dans le mode de réalisation représenté, on utilise un généra- teur "Selsyn" pour mesurer le déplacement de la pale 12 quand elle dévie de sa position neutre qui est sensiblement perpendiculaire au mât du rotor.
Ce générateur "Selsyn" est représenté schématiquement sur la figuré 3; il comprend un rotor ou enroulement primaire 30 et un stator ou enroulement se- condaire 32; celui-ci comporte trois bornes et-fournit des changements de voltage quand le rotor du "Selsyn" tourne, suivant une technique bien con- nue.
Dans le cas présents 1'une des bornes du stator 32 est reliée à l'une des bornes du rotor 30 et en même temps à la terre par l'intermédiaire d'une bague collectrice montée sur le mât 10; on utilise seulement l'une des deux autres bornes du stator 32,en la reliant à la terre par l'intermédiaire de la résistance d'un potentiomètre 34;
on peut obtenir ainsi un signal de sortie C-D réglable entre le curseur 36 du potentiomètre et le-solo On comprend facilement que, quand le rotor 30 est excité par un potentiel al- ternatif appropriée il sétablit en C-D un voltage dont l'amplitude est proportionnelle au déplacement du rotor du "Selsyn" à partir d'une position neutre et dont le sens varie (c'est-à-dire subit un changement de phase de 180 ) en fonction de la direction du déplacement du rotor du "Selsyn" à partir de sa position neutreo
Comme on l'a déjà indiqué précédemment sans entrer dans les 'détails., un horizon gyroscopique standard est installé dans le fuselage de 1-'hélicoptère; les organes producteurs de signaux de ce gyroscope sont re- présentés schématiquement en 38;
ils comprennent des potentiomètres de tan- gage et de roulis 40-42 qui sont excités extérieurement et respectivement par des transformateurs 44 et 46; ceux-ci comportent respectivement une borne centrale B et B'; les contacts coulissants A et A' des potentiomètres sont entraînés respectivement par les mouvements de tangage et de roulis du gyroscopeo On comprend par conséquent que les déplacements des contacts coulissants A et A', à partir de leur position centrale et neutre, dus aux déplacements correspondants du gyroscope à partir de sa position horizonta- le et neutre,, provoquent un déséquilibre des circuits que 1-'on vient de décrire; il en résulte que des-voltages correspondants apparaissent entre les bornes A et B et entre les bornes A' et B';
le sens et 1'amplitude de ces voltages varient en fonction de la direction et de l'amplitude des dé- placements correspondants des contacts coulissants A et A'.
Le signal C-D est ajouté en série et séparément aux signaux A-B et A'-B' grâce à la connection entre le curseur 36 et lea bornes centra- les des secondaires des transformateurs 44 et 46, le point D étant mis à la terre, comme il a déjà été indiqué précédemment. Les polarités des signaux A-B, A'-B' et C-D sont maintenues relativement fixes en connectant le vol- tage d'excitation à 400 cycles- par seconde aux circuits du "Selsyn" et du gyroscope d'une manière appropriée; il en résulte que 1?addition en série des signaux élimine l'influence de la position du mât 10,comme le montre la figure 4. Les bornes A et A' sont reliées à des amplificateurs séparés 50 et 52; 1-'autre borne d'entrée de ceux-ci est mise à la terre de manière à fermer les circuits sur le point D.
Les signaux de sortie des amplifica- teurs 50 et 52 sont envoyée comme signaux d'entrée dans deux détecteurs de phase 54 et 56 dans lesquels ils sont comparés à un voltage de référence fourni par les lignes 58=59 qui sont connectées à la même source-de courant à 400 cycles par seconde qui sert à exciter les primaires des transforma- teurs 44 et 46 ainsi que le rotor 30 du "Selsyn"o Ces détecteurs de phase 54-56 servent à déterminer le sens de leurs signaux d'entrée, c'est-à-dire à déterminer si ces signaux d'entrée sont en phase ou comportent au contrai- re une différence de phase de 180 avec le voltage de référence à 400 cy- clés par seconde fourni par les lignes 58 et 59;
ces détecteurs de phase servent
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également à t.ransformer leurs signaux d'entrée de courant alternatif en si- gnaux de sortie de courant continu qui correspondent aux premiers à la fois au point de vue sens et au point de vue amplitude, on peut utiliser naturel- lement un type quelconque de détecteuro
Les signaux de sortie des détecteurs de phas sont envoyés dans deux circuits de relais 60=61 qui ont été représentés d'une manière plus com- plète sur la figure 2 ou on voit comment ils sont reliés à un dispositif de synchronisation à segments collecteurs.
Comme on le voit sur cette figure, le mât 10 du rotor porte un dispositif 62 à bagues collectrices qui comprend trois bagues collectrices 64,66 et 68 qui coopèrent respectivement avec trois balais 70972 et 74 pour transmettre les voltages fournis par le "Sel- syn" au fuselage relativement fixe, quand le "Selsyn" tourne avec le mât.
Le dispositif 62 à bagues'collectrices porte aussi deux seg- ments conducteurs calés à 90 lun par rapport à l'autre 76 et 78; ces seg- ments conducteurs coopèrent avec trois balais.? 80,82 et 84, décalés de 90 les uns par rapport aux autres, pour synchroniser l'excitation des deux bobines de relais 86 et 88 avec la rotation du mât 10. Les circuits des bobines de relais 86 et 88 peuvent comprendre des réseaux appropriés 90 et 92 à temps constant destinés à fournir une précision de réglage plus grande que celle que pourrait procurer seul le dispositif de bagues collectrices et de balais. Les bobines 86 et 88 sont disposées de manière à actionner respectivement deux contacteurs 94 et 96 qui relient la sortie des détec- teurs de phase avec l'entrée de deux voltmètres à courant continu et à zé- ro central 100 et 102.
Chaque voltmètre 100 et 102 est monté en parallèle sur un condensateur 104-106, qui est chargé par les impulsions de courant continu fournies par le relais correspondant 94 ou 96 de manière à établir sur les voltmètres un voltage représenté sensiblement par une -enveloppé à contours arrondis de ces impulsionso
On va expliquer maintenant le fonctionnement du dispositif re- présenté sur le dessin et conforme à l'inventions en se référant à une sé- rie de courbes du voltage en fonction du temps qui représentent la forme des signaux passant dans les différentes parties du circuit, mais il faut bien comprendre qu'on n'a pas essayé d'établir une relation entre ces cour- bes et les positions des différents éléments producteurs de signaux tels qu'ils sont représentés;
on a choisi ces courbes d'une manière arbitraire et uniquement dans le but d'illustrer les explications qui vont suivre.
Le potentiel d'excitation ordinaire a 400 cycles par seconde est représen- té en 110; comme il a été expliqué précédemment.\! quand la pale 12 à la- quelle est accouplé le générateur "Selsyn" décrit une trajectoire incli- née par rapport au mât 10, elle oscille au-dessus et au-dessous de sa po- sition neutre, de telle sorte qu'elle fait tourner le rotor 30 du "Selsyn" d'une manière correspondante dans un,sens, puis ,dans 1-'autre, à partir de sa position neutres c'est-à-dire de la position ou il ne fournit aucun si- gnalo Une valeur typique instantanée du signal TD est représentée en 112; cette valeurqui correspond à un voltage à 400 cycles par seconde., a un sens positif, c'est-à-dire quelle est en phase avec la source de courant alternatif à. 400 cycles par seconde;
d'autre part, cette valeur a une ampli- tude moyenne correspondant à une certaine position¯instantanée de la pale 12 par rapport au mât 10. On a représenté également¯, respectivement en 114 et-en 116, des valeurs typiques des signaux A-B et A'-B'; ces deux va- leurs ont respectivement un sens négatif et une grande amplitude d'une part, un sens positif et une faible amplitude d'autre part, et représentent res- pectivement des conditions- typiques d'inclinaison de ,tangage'et d'inclinai- son de roulis du fuselage par rapport à l'horizon.
La somme en série du signal A-B et du signal C-D, qui est représentée en 118, est un signal de sens négatif et de faible amplitude, tandis que la somme en série de A'-B' et de C-D, qui est représentée en 120, est un signal de sens positif et de grande amplitude, les lignes en trait pointillé représentant dans chaque cas les signaux composants A-B, C-D et A'-B'.
Les signaux représentés en
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118 et 120 sont vonvertise par les détecteurs de phase 54 et 56, en signaux de courant continu qui sont équivalents au point de vue sens et amplitude; ces signaux de courant continu sont représentés respectivement en 122 et 1240 Les courbes de voltage que l'on vient de considérer correspondent à un instant arbitraire;
il faut bien comprendre cependant que les relais 60 et 61 ne se ferment pas simultanément, de sorte que les courbes de leurs voltages de sortie 126-128 ne peuvent pas correspondre toutes les deux à la situation instantanée représentée sur les courbes précédentes, excepté
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dans le cas particulier où l'inalinaison du rotor par rapport au mât 10 est telle que le signal C-D est le même pendant la fermeture de chacun'des re-
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lais 60 et 61, en supposant qu93.1 ny a aucun changement dans la position du gyroscope pendant le court intervalle de temps considérée
Puisque les détecteurs de phase reçoivent les signaux àmplifiés contenant dans chaque cas le signal correspondant du gyroscope en même temps que le signal "Selsyn" continuellement variable,
il est nécessaire de sélectionner seulement la partie de chacun de ces signaux-sommes qui contient le signal "Selsyn" instantané correspondant de tangage ou de rou-
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lits, et cette fonction incombe aux dispositifs de relais. Ainsi le rela3s de tangage 60 est disposé de manière à fermer son circuit au moment où la pale 12 qui entraîne le "Selsyn" se trouve dans sa position avant ou longi- tudinale, le signal-somme A B+C D ne contenant à cet instant que, des compo- santes de tangage;
de même, le relais de roulis 61 est disposé de manière à fermer son circuit quand la pale se trouve latéralement à bâbord, le - signal-somme A' B' + C D ne contenant à cet instant que des composantes de' rouliso Si on considère la figure 2, on voit que le résultat précédent est obtenu en plaçant les segments conducteurs 76 et 78 respectivement à tri-
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bord et vers l'avant quand la pale 12 qui entraîne le "Sel1i est dans sa position avant. Les diagrammes 126 et 128 représentent'des signaux typiques à impulsions qui sont formés par la fermeture momentanée des relais correspondants; on comprend facilement que la charge des condensateurs 104 et 106 est représentée sensiblement par une enveloppe de ces impulsions de manière que les instruments correspondants de mesure du tangage et du roulis 100 et 102 fournissent des indications stables.
'On comprend qu'une caractéristique importante de l'invention réside dans l'utilisation de la position du fuselage comme référence intermédiaire entre la position du disque balayé par le rotor d9une part, et
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l'horizon d9autre part, celui-ci étant représenté par 1-*îndîcateu-r gyros- copique disposé dans le fuselageo Cette caractéristique importante de l'invention est représentée sur la figure 4 oû 1?on peut voir les positions relatives des différentes parties que l'on vient de citer.
Ainsi, le rotor 12 représenté dans cette figure tourne dans un plan faisant un angle c-d par rapport à sa position normale qui est perpendiculaire au mât 10, tan- dis que le fuselage fait un angle de sens inverse a b par rapport au plan
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horizontal fourni par l9india gyroscopiqueo L?inclinaison instantanée du disque balayé par le rotor est par conséquent la différence entre c-d et b-as ou en d'autres termes, la sonn'he de a-b et ccdo Par conséquent, si on compare d9une manière analogue les signaux électriques A-B, A -13' et C-D par les moyens décrits plus haut, on connaîtra 1,11 inclinaison du rotor par rapport à l'horizon indépendamment de la position du fuselage de l'hélicop- tèreo
Dans le dispositif que l'on vient de décrire,
on a choisi et utilisé différents organes dans lesquels des signaux à 400 cycles par seconde, de sens et d'amplitude variés, sont engendrés., comparés et interprétés; il est évident cependant qu'on peut réaliser pratiquement 1-'invention en substituant d'autres dispositions et d'autres organes à ceux qui ont été
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représentés et expliq'éso On peut par exemple envoyer le signal de sortie à un pilote automatique au lieu de l'envoyer à un indicateur visuel; on peut également remplacer le système à courant alternatif représenté par un système à courant continu, ou à modulation de phase. De même., il est posai-
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ble d'utilise sur le rotor un générateur de signaux qui soit sensible à la vitesse de déplacement et non à l'amplitude.
La présente invention réalise donc un instrument de contrôle du vol qui utilise un moyen approprié quel- conque pour faire connaître les conditions de fonctionnement du rotor, un moyen de comparer ces renseignements avec le déplacement du fuselage par rapport à l'horizon ou à un autre plan de références de telle sorte que l'instrument de contrôle indique en définitive la position de fonctionnement du rotor par rapport à l'horizon ou au plan de référence utiliséo L'inven- tion n'est pas limitée à des moyens particuliers de mesure ou de comparai- son ou à une utilisation particulière des moyens.
REVENDICATIONS
1. Un moyen de vol par utilisation d'instruments,\) appliqué à un aéronef à ailes tournantes comprenant un rotor de sustentation et un fuselage suspendu sous le rotor , au.moyen d'un mât moteur dont la posi- tion est fixe dans le dit fuselage et qui est articulé au dit rotor, et caractérisé par un générateur de signaux du rotor entraîné mécaniquement suivant sensiblement l'inclinaison du plan de rotation du dit rotor par rapport au dit mât, un moyen gyroscopique pour établir un plan de référen- ce sensiblement indépendant des mouvements du dit fuselages un générateur de signaux du gyroscope actionné mécaniquement en fonction de l'inclinaison du dit fuselage par rapport au dit plan de référence,
et un moyen pour com- parer les signaux des dits générateurs dans le but de définir l'inclinaison du dit plan de rotation du rotor par rapport au dit plan de référence in- dépendamment des mouvements du dit fuselage.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.