Instrument d'aviation pour indiquer une grandeur fonction de la pression de Pitot et de la pression statique
La présente invention a pour objet un instrument d'aviation pour indiquer une grandeur fonction de la pression de Pitot (P) et de la pression statique (S), par exemple la pression d'air apparente et/ou le nombre de Mach. Le but de l'invention est de fournir un tel instrument qui soit précis et maniable.
L'instrument faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à fléau équilibré comprenant un fléau susceptible de tourner autour d'un pivot, deux organes comprenant chacun n une capsule ou une pile de capsules, sensibles à la pression, susceptibles chacun de déplacer le fléau dans un sens ou dans l'autre selon que la pression croît ou décroît dans la capsule ou la pile de capsules de cet organe, le sens de déplacement du fléau par l'un des organes étant opposé au sens de déplacement du fléau par l'autre organe pour une variation de la pression de même sens, l'un de ces organes étant soumis à la pression de Pitot et l'autre à la pression statique, des moyens pour exercer sur le fléau une force tendant à le faire pivoter dans un sens,
les mouvements du fléau engendrant dans un dispositif électrique un signal de commande actionnant des moyens d'équilibrage susceptibles, en réponse audit signal de commande, de communiquer un déplacement à un organe mobile agencé pour faire varier par son déplacement la force exercée sur le fléau par lesdits moyens de façon à rétablir l'équilibre du fléau, ledit déplacement étant proportionnel à la différence P-S entre la pression de Pitot et la pression statique, un déplacement, également proportionnel à cette différence, étant communiqué à une pièce mobile par lesdits moyens d'équilibrage, et des moyens de calcul pour calculer ladite grandeur à indiquer à partir de données de base dont l'une est constituée par le déplacement de ladite pièce mobile.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'instrument selon l'in- vention.
La fig. 1 est une vue, partiellement en coupe, d'un dispositif à fléau que comprend cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue schématique de cette forme d'exécution.
Le dispositif à fléau représenté à la fig. 1 comprend un fléau 10 susceptible de basculer autour d'un pivot. Ce dernier est du type à ressorts à lames croisés et comprend deux paires 11 et 12 de rubans élastiques croisés en alliage de cuivre et de béryllium, d'une longueur, d'une largeur et d'une épaisseur uniformes. Les avantages de ce type de pivot résident dans son indépendance vis-à-vis des secousses et du frottement et dans l'inutilité de prévoir une lubrification. Le point d'appui du pivot est à l'intersection des ressorts croisés qui sont agencés pour se couper à mi-distance de leur longueur et sous un angle de 90 pour définir un axe de rotation commun.
Les extrémités supérieures des ressorts croisés sont fixées au fléau par des vis 15, 16 et un bloc 17, et les extrémités inférieures sont fixées par des vis 18, 19 et un bloc 20 à une console 21 fixée à un bâti. Le pivot assure ainsi élastiquement le centrage du fléau et permet la rotation de ce dernier autour d'une ligne fixe.
Deux capsules 24, 25 sont montées de chaque côté du pivot. Des supports 26, 27 pour ces capsules sont fixés dans des consoles 28, 29 fixées à la console 21. Des pièces centrales 30, 31 des capsules sont rigidement fixées au fléau 10 par des vis 32, 33 et des brides glissantes 34, 35. De cette manière, l'axe de chaque capsule peut être déplacé par rapport au fleau.
Un ressort hélicoïdal de tension 40 est monté autour d'un logement de guidage 41 et ses extrémités sont fixées à deux pièces de réglage 42, 43. La pièce 42 est fixée à l'extrémité du fléau la plus éloi- gnée des capsules et du pivot, et l'autre pièce 43 est fixée à un écrou 45 monté dans le logement de guidage 41.
L'écrou 45 est ajusté étroitement sur une vis sans fin 46 et à glissement dans le logement 41. Un arbre 49 d'entraînement de la vis est supporté dans un palier d'un réducteur de vitesse à engrenages et il est agencé pour supporter la poussée exercée par le ressort 40, les autres arbres du réducteur tournant dans des paliers à billes de précision.
Un servo-moteur 50 à courant alternatif entraîne la vis 46 par l'intermédiaire de pignons 52, 53, 54, 55 et 56 du réducteur, montés sur des axes. L'axe 57 du pignon 54 se prolonge à l'extérieur du réduc- teur et peut être utilisé comme arbre de sortie moteur.
Un dispositif électrique à induction est disposé à proximité de ladite extrémité du fléau la plus éloi- gnée du pivot. Ce dispositif est un transformateur différentiel linéaire comprenant deux éléments respectivement en forme de E et de I. L'élément en I, 60, est fixé à une extrémité du fléau 10 et l'élément en E, 61, est fixé à un prolongement 62 de la console 21. Tout mouvement effectué par l'élément 60 par rapport à l'élément 61 produit un courant induit qui est envoyé dans un amplificateur 64 à transistors dont la sortie est utilisée pour exciter le moteur 50.
Des arrêts mécaniques réglables 66, 67 sont montés de chaque côté du fléau pour empêcher tout endommagement du dispositif électrique.
Le fléau 10 porte une petite masse d'équili- brage 71.
Envisageons maintenant le fonctionnement des organes décrits pour la mesure d'une différence de pression.
Quand la pression à l'intérieur des capsules est la même, le dispositif est en équilibre et aucun courant n'est induit dans le transformateur différentiel 60, 61. Dès que la pression dans une capsule dépasse la pression dans l'autre capsule, la première capsule se déforme et exerce une force proportionnelle à la différence des pressions. Comme la pièce centrale de la capsule est rigidement fixée au fléau, ce dernier pivote autour de son point d'appui constitué par le pivot à ressorts croisés et entraîne avec lui l'élément 60 du transformateur différentiel.
Le déplacement de cet élément 60 par rapport à l'élément 61, dû au déséquilibre, est transformé en un signal qui est envoyé à travers l'amplificateur à un enroulement de commande du servo-moteur 50 qui entraîne la vis 46 par l'intermédiaire du réducteur, jusqu'à ce que la vis ait tourné d'un nombre de tours suffisant pour placer l'écrou 45 dans une nouvelle position dans le logement de guidage 41 pour laquelle le ressort 40 fléchit et exerce une force de rappel sur le fléau 10. Le fléau 10 revient dans sa position initiale avec l'élément 60 et la pièce centrale de la capsule. Le transformateur différentiel est ainsi ramené dans sa position zéro dans laquelle il n'émet pas de signal de sortie.
Ainsi, la capsule se déforme d'une faible quantité lors de l'existence d'une petite différence de pression et est ensuite ramenée dans sa position initiale par l'action du servo-mécanisme.
Comme expliqué plus haut, le nombre de tours effectués par la vis pour ramener le dispositif à sa position initiale est directement proportionnel à la différence de pression produite, et par conséquent un dispositif de mesure associé à la vis peut être étalonné en unités de pression.
Un réglage du zéro peut être effectué au moyen d'un ressort 70 qui est fixé par ses extrémités au fléau et à une vis de réglage 71', respectivement.
Une capsule (ou une pile de capsules) peut être soumise à la pression statique S de l'avion, tandis que la pression de Pitot P est supportée par la seconde capsule (ou pile de capsules). De préférence, les pressions sont envoyées aux capsules par un étroit passage ménagé dans les supports des capsules. Le dispositif décrit agit alors comme un dispositif de mesure de la différence de pression et comme un signal de sortie proportionnel à cette différence entre les pressions de Pitot et statique, P-S.
L'instrument dont le schéma est donné à la fig. 2 comprend un premier dispositif à fléau 80 tel que celui décrit ci-dessus, donnant un signal de sortie
P-S en 82, et un second dispositif à fléau 83 semblable au premier, sauf que dans le dispositif 83, une capsule est bloquée et que la pression statique est envoyée à l'autre capsule, de sorte que ce dispositif 83 donne un signal de sortie 84 proportionnel à la pression statique S.
Le signal de sortie 82 est envoyé à une unité de correction 85 dans laquelle se fait une compensation pour les erreurs introduites par les positions des sondes de pression extérieures à l'avion. La pression corrigée est alors envoyée à une came 86 par laquelle elle est transformée en une rotation proportionnelle à Log (P-S). Cette fonction, qui repré- sente la vitesse d'air apparente avant la correction de température, est envoyée par l'intermédiaire d'une synchro-transmission 87 à un indicateur 88 où elle est exprimée en unités de ladite vitesse apparente.
Dans la mesure d'une altitude, l'instrument est agencé pour agir comme une machine à pression statique. Le signal de sortie 84 est corrigé dans une unité 90 pour les erreurs dues à la position des sondes. En outre, pour compenser les erreurs dues à la variation de la pression au sol et de l'altitude de l'aérodrome, une correction dépendant de la pression en millibars est aussi appliquée par une unité 91 au signal de sortie représentant la pression statique. Un signal de correction de la pression statique, qui est directement proportionnel à l'altitude, est envoyé dans l'unité 91, par l'intermédiaire d'une synchro-transmission 92, par un organe de réglage 93 actionné à la main.
Pour indiquer la vitesse de variation de la hauteur d'un avion, la pression statique corrigée (S) sous forme d'un signal de sortie 84 est envoyée dans un calculateur 97 qui comprend une came donnant la dérivée partir de S. La pression statique S est également envoyée dans un tachy-générateur 98, c'est-à-dire un générateur électrique agencé pour donner une tension variable proportionnelle à la vitesse de variation d d'une rotation mécanique proportionnelle à S et constituant l'entrée de ce générateur.
Le tachy-générateur 98 donne un signal de sortie qui est également envoyé au calculateur 97 et ce dernier fournit un signal de sortie H est la hauteur, répondant à l'équation dH dS dH
dt dt dS
Ce signal de sortie est envoyé par une synchrotransmission 99 à un indicateur 100.
On sait que M2, où M est le nombre de Mach, est presque proportionnel à--, eut pour qu'il soit exactement proportionnel à ce rapport on doit appliquer une fonction de correction Ó P-S/S. On voit facilement que des moyens de calcul extrÛmement précis du nombre de Mach peuvent être réalisés par l'emploi des dispositifs à fléau équilibré 80 et 83, l'un agissant comme un transducteur de la pression statique et l'autre comme un transducteur de la différence entre la pression de Pitot et la pression statique. Les signaux 82, 84 correspondant à ces pressions corrigées sont envoyés dans un calculateur 101 qui peut être un pont de Wheatstone maintenu en Úquilibre par un servo-mÚcanisme.
La fonction de correction de P-S/S peut Ûtre obtenue dans le calculateur au moyen d'une came et le signal de sortie 102 du calculateur représente alors une rotation proportionnelle à M2. Ce signal de sortie est transformé par une came 103 agencée pour donner la racine carrée de la valeur reçue qui réduit donc cette valeur à une rotation proportionnelle au nombre de Mach M qui est alors envoyé dans un indicateur 104 par une synchro-transmission 105.
Un altimètre 106 est entraîné par un synchrotransmetteur 108 qui est entraîné lui-même, à partir du signal de sortie 84 ayant subi la correction en millibars, par l'unité 91.
Le signal 102 provenant du calculateur 101 est envoyé dans un calculateur 112 qui reçoit également un signal correspondant à la température détectée par un détecteur 114. Le calculateur 112 est agencé de manière à corriger la valeur représentée par le signal d'entrée 102 en fonction de la température représentée par le signal 114, et à fournir un signal de sortie qui est envoyé par une synchro-transmission 111 dans un indicateur 110 de la vitesse d'air réelle après. la correction de température.
On voit ainsi que pour 1'emploi de deux dispositifs à fléau équilibré du type décrit plus haut, il est possible de calculer, dans un instrument extrê- mement ramassé, la vitesse d'air apparente, l'altitude, la vitesse de variation de la hauteur et le nombre de
Mach, et de fournir ainsi des données de vol avec un haut degré de précision.
Dans la description du calcul de la vitesse d'air, de l'altitude, etc., on a fait allusion à la nécessité de corriger les erreurs introduites par la position des sondes. Comme ces erreurs sont fonction du nombre de Mach, on peut s'arranger pour que les unités de correction soient introduites avec la sortie du calculateur de M qui, comme expliqué précédemment, se fait sous forme d'une rotation proportionnelle à
M2. Les unités de correction peuvent comprendre des circuits mécaniques et électriques et les signaux de sorties de ces circuits peuvent être appliqués, comme expliqué plus haut, dans les organes de calcul des diverses valeurs envisagées. On obtient ainsi un instrument encore plus ramassé fournissant les données nécessaires au vol.
L'instrument décrit présente l'avantage de pouvoir être enfermé dans un coffret qui n'est pas néces- sairement étanche à la pression. Normalement, un altimètre et un indicateur de la vitesse d'air sont scellés dans des coffrets étanches à la pression, qui sont reliés par une lumière de pression statique à l'atmosphère. Cependant, par l'emploi de capsules de pression statique dans le dispositif à fléau équilibré décrit plus haut, une compensation est assurée pour les variations de la pression atmosphérique et il n'est plus nécessaire de disposer d'un coffret étanche à la pression.