Dispositif de contrôle de vol pour aéronefs à ailes tournantes. La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de vol pour aéronefs à ailes tournantes, comprenant un rotor de sus tentation et un fuselage suspendu sous le ro tor au moyen d'un mât moteur dont la posi tion est fixe par rapport audit fuselage et qui est articulé audit rotor.
Les premiers essais tentés pour résoudre le problème du contrôle de la position en vol des aéronefs à ailes tournantes ont fait usage d'un indicateur gyroscopique d'horizon monté clans le fuselage, cet instrument s'étant révélé très efficace dans les aéronefs à aile fixe. Ce pendant, les instruments de ce type indiquent seulement la position du fuselage de l'aéro nef par rapport à l'horizon. Or, dans le cas des hélicoptères, l'expérience a montré que les données relatives à la position du fuselage sont trompeuses, en ce qui concerne le but proposé, au point d'être même dangereuses; quand l'hélicoptère vole sur place ou à une vitesse inférieure à 60 km à l'heure.
L'hori zon gyroscopique monté dans le fuselage s'est révélé par contre satisfaisant quand le vol s'effectue à une vitesse supérieure à 60 km à l'heure; dans ces conditions, en effet, un héli coptère répond aux commandes et vole à peu près comme un aéronef à aile fixe. Les indi cateurs gyroscopiques d'horizon ne convien nent pas pour le vol à faible vitesse, par suite du retard avec lequel se produisent les chan gements de position du fuselage chaque fois que le rotor est soumis à l'action de facteurs perturbateurs.
On s'est également intéressé dans le passé aux instruments indicateurs à plateau oscil lant; mais ces instruments ne renseignent en réalité le pilote que sur la position cyclique du rotor par rapport au fuselage et ne tien nent; par conséquent, aucun compte de la référence de l'horizon réel, référence indispen sable pour un contrôle dynamique précis du vol d'un hélicoptère. On s'est aperçu, en fait, que ces instruments fournissaient des rensei gnements qui étaient souvent erronés et pou vaient, par conséquent, entraîner des suites désastreuses.
Puisqu'un hélicoptère comprend essen tiellement un rotor principal sustentateur et un fuselage articulé à ce rotor, les effets des commandes de vol d'un tel aéronef dépen dent principalement de la position, par rap port à l'horizon,- du plan dans lequel tourne le rotor sustentateur et sont sensiblement in dépendants, 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 plan dans lequel tourne le rotor fournit -un régime de vol à une vitesse stable déterminée.
Par exemple, pour voler à la vitesse zéro par rap port à l'air, le rotor doit tourner dans un plan à peu près horizontal, et pour une vitesse, hori zontale déterminée \l'angle d'inclinaison du plan du rotor doit avoir une valeur corres pondante par rapport à l'horizon; ces fonc tions sont entièrement indépendantes de la position du centre de gravité, de l'inclinai son du fuselage et d'autres facteurs analo gues. Ainsi, puisque tout changement dans la position du rotor par rapport à l'horizon provoque un changement de vitesse, i1 est essentiel que le pilote soit renseigné instanta-- nément sur un changement de position du ro tor de manière à pouvoir lui apporter à temps la correction voulue par un réglage conve nable de ses commandes.
Le dispositif selon l'invention est caracté risé par un générateur de signaux électriques coopérant avec le rotor et le mât et destiné à émettre des signaux correspondants à l'in clinaison du plan de rotation dudit rotor par rapport audit mât, des moyens gyroscopiques pour établir un plan de référence indépen dant des mouvements dudit fuselage, un gé nérateur de signaux électriques coopérant avec lesdits moyens gyroscopiques et le fuse lage et destinés à émettre des signaux cor respondant à l'inclinaison dudit fuselage par rapport audit.
plan de référence, et des moyens pour comparer les signaux desdits générateurs dans le but de définir l'inclinai son dudit plan de rotation du rotor par rap port audit plan de référence indépendamment des mouvements dudit fuselage.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, ime forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une élévation partielle mon trant-le rotor sustentateur d'un hélicoptère et le mécanisme de commande.
La fig. 2 montre schématiquement une partie du dispositif de contrôle.
La fig. 3 est im, schéma des circuits élec triques faisant partie du dispositif de con trôle.
La fig. 4 illustre le fonctionnement du dispositif.
Si on considère maintenant le dessin, on voit que l'hélicoptère, auquel le dispositif de contrôle supposé appliqué, comprend un mât 10 supportant le rotor et solidaire du-fuselage, et un rotor de sustentation monté au sommet du mât 10 et comprenant deux pales 12, 12 ; qui sont diamétralement opposées, 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 anneav de cardan 18 au moyen de deux pivots 19, 19 disposés dans le prolongement l'un de l'autre, l'axe de pivotement commun aux deux pièces 19 étant orienté suivant la longueur 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 per pendiculaire à celui des pivots 19, 19. Ainsi, quand l'arbre 10 tourne, les pales du rotor sont entraînées par cet arbre dans un mouve ment de rotation, et le plan dans lequel se déplacent les extrémités des pales peut s'in cliner .dans un sens quelconque par rapport au mât.
Les pales 12 du rotor sont munies chacune d'un levier de commande 22 et d'une tige de commande 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 commander à volonté la position du pla teau 25, de manière à produire un change ment cyclique du pas des pales et à comman der, par- conséquent, la position du plan de rotation du rotor suivant une technique bien connue dans la construction des hélicoptères.
On se rend compte, par conséquent, que le rotor représenté sur le dessin est monté de telle façon que la trajectoire du bout de ses pales peut être inclinée d'une manière uni verselle 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 la forme d'exécution représentée, l'inclinaison du rotor par rapport au mât ou au fuselage est mesurée au moyen d'un géné rateur de signaux 28 monté 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 tension, quelle que soit la source employée, celle-ci est entraînée mé caniquement par le mouvement de battement du rotor autour des pivots 20, 20.
Le généra- leur de signaux 28 est donc monté au som met du màt 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 en traîné mécaniquement par celle-ci quand la pale 12 correspondante pivote sur les axes 20, 20, comme on l'a déjà expliqué plus haut.
Dans la fig. 3, on a représenté un géné rateur Selsyn pour mesurer le déplacement de la pale 1.2 quand elle dévie de sa position neutre qui est sensiblement perpendiculaire au mât du rotor. Ce générateur comprend un rotor ou enroulement primaire 30 et un sta tor ou enroulement secondaire 32; celui-ci comporte trois bornes et fournit des change ments de voltage quand le rotor du Selsyn tourne, suivant une technique bien connue.
Dans le cas présent, l'une des bornes du sta tor 32 est reliée à l'une des bornes du rotor 30 et en même temps à la terre par l'intermé diaire d'une bague collectrice montée sur le mât 10 et représentée schématiquement par 11. sur la fi-. 3, 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 CD réglable entre le cur seur 36 du potentiomètre et le sol.
On com prend facilement, que, quand le rotor 30 est excité par un potentiel alternatif approprié, il s'établit en C, D un voltage dont l'ampli tude 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 fonc tion de la direction du déplacement du rotor du Selsyn à partir de sa position neutre.
Comme on l'a déjà indiqué précédemment sans entrer dans les détails, un horizon gyro scopique standard est installé dans le fuselage de l'hélicoptère; les organes producteurs de signaux de ce gyroscope sont représentés sché matiquement en 38; ils comprennent des po tentiomètres de tangage et de roulis 40, 42 qui sont excités extérieurement et respective ment par des transformateurs 44 et 46; ceux- ci comportent respectivement une borne cen trale<I>B</I> et<I>B';</I> les contacts coulissants A et A' des potentiomètres sont entrainés respective ment par les mouvements de tangage et de rou lis du gyroscope.
On comprend, par consé quent, que les déplacements des contacts cou lissants A et A', à partir de leur position centrale et neutre, dus aux déplacements cor respondants du gyroscope à partir de sa posi tion horizontale et neutre, provoquent 11n déséquilibre des circuits que l'àn vient de dé- ci-ire; il en résulte que des voltages corres pondants apparaissent entre les bornes A et B et entre les bornes A' et B'; le sens, et l'ampli tude de ces voltages varient en fonction de la direction et de l'amplitude des déplace ments correspondants des contacts coulissants A et A'.
Le signal CD est ajouté en série et sépa rément aux signaux<I>AB</I> et A'B', grâce à la connection entre le curseur 36 et les bornes centrales 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<I>AB,</I> A'B' <I>et</I> C.17 sont- maintenues relativement fixes en con- iLectant le voltage d'excitation à 400 cycles par seconde aux circuits du Selsyn et du gyroscope d'une manière appropriée; il en résulte que l'addition en série des signaux élimine l'influence de la position du mât 10, comme le montre la fig. 4.
Les bornes A et A' sont reliées à des amplificateurs séparés 50 et 52; l'autre borne d'entrée de ceux-ci est mise à la terre, de manière à fermer les cir cuits sur le point D. Les signaux de sortie des amplificateurs 50 et 52 sont envoyés comme signaux d'entrée dans deux détecteurs de phase 54 et 56 dans lesquels ils sont com parés à im 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 transformateurs 44 et 46 ainsi que le rotor 30 du Selsyn . Ces détecteurs de phase 54, 56 servent à déterminer le sens de leurs si gnaux d'entrée, c'est-à-dire à déterminer si ces signaux d'entrée sont en phase ou com portent au contraire une différence de phase de 180 avec le voltage de référence à 40'0 cy cles par seconde fourni par les lignes 58 et 59;
ces détecteurs de phase servent également à transformer leurs signaux d'entrée de cou rant alternatif en signaux de sortie de cou rant continu qui correspondent aux premiers à la fois au point de vue sens et au point de vue amplitude; on peut utiliser naturellement un type quelconque de détecteur.
Les signaux de sortie des détecteurs de phase sont envoyés dans deux circuits de re lais 60,-61 qui ont été représentés d'une ma nière plus complète sur la fig. 2 où on voit com ment ils sont reliés à un dispositif de synchro- nisation à segments collecteurs.
Comme on le voit sur cette figure, le mât 10 du rotor porte un dispositif 62 à bagues collectrices qui coin- prend trois bagues collectrices 64, 66 et 68 qui coopèrent respectivement avec trois ba lais 70, 72 et 74 pour transmettre les tensions fournies par le Selsyn au fuselage relative ment fixe, quand le Selsyn tourne avec le m ât.
Le dispositif 62 à bagues collectrices porte aussi deux segments conducteurs calés à 90 l'un part 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 rap port aux- autres, pour synchroniser l'excita tion 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 con tacteurs 94 et 96 qui relient la sortie des dé tecteurs de phase avec l'entrée de deux volt mètres à courant continu et à - zéro central 100 et 102.
Chaque voltmètre 1.00 et 102 est monté en parallèle sur un condensateur 104, 106, qui est chargé par les impulsions de cou rant continu fournies par le relais correspon dant 94 ou 96, de manière à fournir aux volt mètres une tension représentée sensiblement par une enveloppe de ces impulsions.
On va expliquer maintenant le fonctionne ment du dispositif représenté sur le dessin, en se référant à une série de courbes de ten sion en fonction du temps qui représentent la forme des signaux passant dans les différen tes parties du circuit, mais il faut bien com prendre qu'on n'a pas essayé d'établir une relation entre ces courbes et les positions des différents éléments producteurs de signaux tels qu'ils sont représentés; on a choisi ces courbes d'une manière arbitraire et unique ment dans le but d'illustrer les explications qui vont suivre:
Le potentiel d'excitation ordinaire à 400 cycles par seconde est repré senté en 110; comme il a été expliqué précé demment, quand la pale 12 à laquelle est accouplé le générateur Selsyn décrit une trajectoire inclinée par rapport au mât 10, elle oscille au-dessus et au-dessous de sa posi tion neutre; de telle sorte qu'elle fait dépla cer le rotor 30 du Selsyn d'une manière cor respondante dans un sens, puis dans l'autre, à partir de sa position neutre, c'est-à-dire de la position où il ne fournit aucun signal.
Une valeur instantanée du signal<I>CD</I> est repré sentée en 112; cette valeur, qui correspond à une fréquence de 400 cycles par seconde, est positive, c'est-à-dire qu'elle est en phase avec la source de courant alternatif à 400 cycles par seconde; d'autre part, cette valeur a -une amplitude moyenne correspondant à une cer taine position instantanée de la pale 12 par rapport au mât 10.
On a représenté égale ment, respectivement en 114 et en 116, des valeurs des signaux AB<I>et AB';</I> 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 respectivement l'inclinaison de tangage et l'inclinaison de roulis du fuse lage par rapport à l'horizon.
La somme en série du signal<I>AB</I> et du signal<I>CD,</I> qui est représentée en 118, est un signal de sens né gatif et de faible amplitude, tandis que la somme en série de A'B' et de<I>CD,</I> qui est représentée en 120, est un si gnal de sens positif et de grande ampli tude, les lignes en trait pointillé représentant: dans chaque cas les signaux composants AB, <I>CD</I> et A'B@ Les signaux représentés en 118 et 120 sont convertis, 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 124.
Les courbes de voltage que l'on vient de consi= dérer correspondent à un instant arbitraire; il faut bien comprendre cependant que les re lais 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 re présentée sur les courbes précédentes, excepté dans le cas particulier où l'inclinaison du ro tor par rapport au mât. 10 est telle que le signal<I>CD</I> est le même pendant la fermeture de chacun des relais 60 et 61, en supposant qu'il n'y a aucun changement dans la position du gyroscope pendant le court intervalle de temps considéré.
Puisque les détecte-tirs de phase reçoivent les signaux amplifiés contenant dans chaque cas le signal correspondant du gyroscope en même temps que le signal Selsyn conti nuellement variable, il est nécessaire de sélec tionner seulement la partie de chacun de ces signaux-sommes qui contient le signal Sel- syn instantané correspondant de tangage ou de roulis, et cette fonction incombe aux dispo sitifs de relais.
Ainsi, le relais de tangage 80 est disposé de manière à fermer son circuit au moment où la pale 12 qui entraîne le Sel- Syn se trouve dans sa posntion avant ou lon gitudinale, le signal-somme AB<I>+ CD</I> ne con tenant à cet instant que des composantes de tangage; de même, le relais de roulis 81 est disposé de manière à fermer son circuit quand la pale se trouve latéralement à bâbord, le signal-somme A'B' <I>+ CD</I> ne contenant à cet instant que des composantes de roulis.
Si on considère la fig. 2, on voit que le résultat pré- ; cédent est obtenu en plaçant les segments con ducteurs 76 - et 78 respectivement à tribord et vers l'avant, quand la pale 12 qui entraîne le Selsyn est dans sa position avant. Les diagrammes 126 et 128 représentent des si gnaux à impulsions qui sont formés par la fermeture momentanée des relais correspon dants; on comprend facilement que la charge des condensateurs 104 et 106 est représentée sensiblement par une enveloppe de ces im pulsions, de manière que les instruments cor respondants de mesure du tangage et du rou lis 100 et 102 fournissent des indications stables.
On comprend qu'une caractéristique im portante réside dans l'utilisation de la posi tion du fuselage comme référence intermé- daire entre la position du plan du rotor, -d'une part, et l'horizon, d'autre part, celui-ci étant représenté par l'indicateur gyroscopique dis posé dans le fuselage. Cette caractéristique est représentée sur la fig. 4 où l'on peut voir les positions relatives des différentes parties que l'on vient de citer. Ainsi, le rotor 13 re présenté dans cette figure tourne dans -Lui plan faisant un angle<I>cd</I> par rapport à sa po sition normale qui est perpendiculaire au mât 10, tandis que le fuselage fait un angle de sens inverse ab par rapport au plan horizon tal fourni par l'indicateur gyroscopique.
L'in clinaison instantanée du plan du rotor est, par conséquent, la différence entre<I>cd</I> et ba, ou en d'autres termes, la somme de ab et cd. Par conséquent, si on compare d'une manière analogue les, signaux électriques<I>AB,</I> A'B' et ('D par les moyens décrits plus haut, on con naîtra l'inclinaison du rotor par .rapport à l'horizon indépendamment de la position du fuselage de l'hélicoptère.
Dans le dispositif que l'on vient de dé crire, on a choisi et utilisé différents organes dans lesquels des signaux à 400 cycles par se conde, de sens et d'amplitude variables, sont. engendrés et comparés; il est évident cepen dant qu'on peut substituer d'autres disposi tions et d'autres organes à ceux . qui ont été représentés et décrits. On peut par exemple envoyer le signal de sortie à un pilote auto matique au lieu de l'envoyer à un indicateur visuel; on peut également remplacer le sys tème à courant alternatif représenté par un système à courant continu ou à modulation de phase. De même, il est possible d'utiliser sur le rotor un générateur de signaux qui soit sen sible à la vitesse de déplacement et non à l'am plitude.