<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
"Dispositif perfectionné de contrôle d'altitude*
La présente invention a trait d'une façon générale à des systèmes de pilotage automatique pour engins dirigeables tels que des aéronefs par exemple et plus particulièrement à un dis- positif de contrôle d'altitude de tels engins, grâce auquel, lorsq'un engin atteint une altitude donnée, il peut être main- tenu à cette altitude donnée, il peut être maintenu à cette altitude automatiquement.
On connait déjà des sytèmes de pilotage automatique susceptibles de maintenir un aéronef en position de vol hori- zontale, mais ces systèmes ne permettent pas de le maintenir à une altitude voulue puisque l'altitude de vol d'un aéronef est sujette aux changements sous l'action des courants d'air ascendants et descendants, sans qu'aucun mouvement relatif soit produit entre l'axe longitudinal de l'aéronef et le plan de la position de vol horizontale, mouvement qui est nécessaire dans les systèmes conventionnels de pilotage automatique pour pro- duire un signal de commande du gouvernail de profondeuro
En effet dans de tels systèmes de pilotage automatique,
la commande des surfaces de gouverne de profondeur est dérivée
<Desc/Clms Page number 3>
généralement d'un dispositif de prise de signal de pente lon- gitudinale d'un horizon gyroscopique ne produisant de signal de cormande qu'en fonction de l'inclinaison de l'aéronef par ra,pport à la position de vol désirée. Il en résulte qu'une telle commande est susceptible de maintenir l'aéronef dans une position de vol horizontale, mais ne permet pas à l'aéronef de conserver l'altitude désirée, puisque les courants d'air ascen- dant et descendant peuvent provoquer des changements de l'alti- tude de vol sans produire d'inclin@ is on de l'aéronef autour de son axe de tangage en sorte qu'aucun signal n'est appliqué dans ce cas au servo-moteur de commande du gouvernail de profondeur.
Dans le but d'éliminer l'inconvénient précédent et de per- mettre de maintenir un engin aérien dirigeable dans un vol ho- rizont'al et à une altitude désirée, divers dispositifs ont été déjà proposés. Ces dispositifs étaient sensibles aux changements de la, pression atmosphérique et produisaient une action de commande supplémentaire à celle produite par un horison gyrosco- pique pour actionner le gouvernail de profondeur de façon maintenir constante à une valeur désirée, l'altitude de vol d'un aéronef.
Ces dispositifs et leur installation étaient généralement compliqués du fait notamment de l'utilisation d'un organe sensible à la pression agissant sur d'autres organes sensibles à le. pression pour imprimer une action de commande au gouvernail de profondeur.
L'invention a pour objet un nouveau dispositif de contro'le d'altitude de construction simple et de fonctionnement précis permettant de maintenir le vol d'un engin aérien tel qu'un avion par exemple, à une altitude désirée indépendamment des courants ascendants et descendants de l'air extérieur, des changements ou déplacements de la. charge de l'avion, etc...
<Desc/Clms Page number 4>
Un autre objet de l'invention réside en un nouveau système de pilotage automatique pour engins aériens dirigeables grâce auquel un tel engin peut être maintenu automatiquement dans une position horizontale voulue et à une altitude désirée.
Un autre objet encore de l'invention réside en un nouveau dispositif électrique de contrôle d'altitude pour engins aériens dirigeables, grâce auquel l'engin peut être maintenu automati- quement à une altitude de vol voulue.
L'invention a également pour objet un nouveau dispositif de commande supplémentaire pour un système de pilotage.automa- tique pour engins dirigeables grâce auquel la commande effec- tuée par le dispositif de contrôle d'altitude de l'engin est complétée de façon à produire également un contrôle de l'alti- tude de vol de l'engin.
L'invention vise plus patticulièrement un nouveau dispo- sitif de contrôle ou de commande d'altitude d'un mobile aérien dirigeable comportant l'utilisation d'un dispositif sensible à la pression soumis normalement sur ses deux faces à la pression statique variable et susceptible d'avoir une de ses faces isolée de cette pression au moment voulu, en sorte que ce dispositif, à partir de cet instant, réagisse dans un ou dans l'autre sens en fonction du sens et de la grandeur des changements d'altitude de l'engin pour exercer une action de commande supplémentaire sur le gouvernail de profondeur afin de maintenir l'engin à une altitude désirée.
Un autre objet encore de l'invention consiste en un nou- veau dispositif de contröle d'altitude comportant l'utilisa- tion d'un organe élastique expansible sensible à la pression dont les deux faces restent normalement soumises à la pression statique variable avec l'altitude et dont une des faces est susceptible d'être isolée de cette pression, en sorte que cet
<Desc/Clms Page number 5>
élément, à partir de cet instant, se dilate et se contracte suivant les changements de la pression avec l'altitude pour exercer sur le gouvernail de profondeur une action de commande afin de maintenir l'engin , une altitude désirée.
L'invention a. encore pour objet un dispositif de commande tel que défini ci-dessus et qui est conçu de telle sorte qu'au- cune charge appréciable n'est appliquée à l'élément sensible à la, pression, en sorte que ce dernier est susceptible de réagir sur les plus petits changements de la pression,
L'invention a également pour objet un dispositif de con- trôle d'altitude tel que défini ci-dessus agencé pour produire un signal électrique complémentaire à un signal d'angle de pente longitudinale produit par un horizon gyroscopique et/ou un signal d'asservissement fonction du mouvement du gouvernail de profondeur.
L'invention a également pour objet un nouvea.u dispositif automatique de contrôle d'altitude comprenant un élément éla,s- tique mobile sensible à la pression relié à un dispositif élec- trique normalement centré et mobile linéairement en sorte que les mouvements de l'élément sensible dûs aux changements d'alti- tude provoquent un déplacement du dispositif électrique dans un ou dans l'autre sens suivant le sens des changements de l'alti- tude ,pour produire un signal supplémentaire de contrôle du gouvernail de profondeur.
Par ailleurs, l'invention fournit un nouveau dispositif de contrôle d'altitude pour engins de navi- gation aérienne comportant des moyens automatiques de sécurité prévus pour mettre les deux côtés de l'élément sensible à la, pression en communication avec la pression statique variable et protéger ainsi cet élément contre les possibilités d'une dila- ta.tion ou d'une contraction excessive au ca.s où le pilote fait piquer ou monter l'engin sans déconnecter le dispositif de con-
<Desc/Clms Page number 6>
trôle d'altitude.
L'invention fournit également un dispositif de commande automatique de l'altitude de vol d'un aéronef ou similaire comprenant un dispositif sensibleaux variations de la pression atmosphérique, agencé pour produire un signal électrique de commande du gouvernail de profondeur en fonction des dites va- riations, ce signal électrique venant se combiner avec un signal électrique produit par un appareil de réference de position de l'engin autour de 'son axe de tangage et notamment un gyroverti- cal et/ou un signal électrique d'asservissement fonction du mouvement du gouvernail de profondeur, avant d'être appliqué au servo-moteur de commande également électrique actionnant le gouvernail de profondeur.
L'invention présente enfin un sterne du genre défini ci- dessus et dans lequel les signaux électriques produits par les divers dispositifs de contrôle du système sont constitués par des tensions électriques alternatives de même fréquence, mais de phase et d'amplitude variables et sont mélangées pour être am- plifiées simultanément à l'entrée d'un amplificateur thermioni- que ou à tube à vide, dont la sortie alimente le servo-moteur de commande du gouvernail de profondeur, ce servo-moteur étant constitué de préférence par un moteur à induction biphasé ayant une phase excitée par une source de courant de.même fréquence que celle du signal résultant sortant de l'amplificateur.
Les objets et caractéristiques ci-dessus de l'invention ainsi que d'autres encore apparaftront clairement de la descrip- tion qui suit et des dessins y annexés étant entendu que ces dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif.
Sur ces dessins, où les mêmes références désignent les
<Desc/Clms Page number 7>
marnes parties sur les diverses figures : La. figure 1 est une représentation schématique du dis- positif de contrôle conventionnel d'altitude d'un aéronef faisant partie d'un système de pilotage automatique et qui comporte l'utilisation d'un nouveau dispositif de contrôle d'altitude suivant l'invention;
La figure 2 est une représentation schématique du même système de commande du gouvernail de profondeur que sur la figure 1 ma.is comportant l'utilisation d'une forme modifiée du dispositif de contrôle d'altitude suivant l'invention;
La figure 3 est une vue en élévation et coupe d'une forme de réalisation pratique du nouveau dispositif de contrôle d'altitude suivant la figure 2.
La figure 4 est une vue en élévation de l'arrière du dispositif de contrôle suivant la. figure 3, avec le couvercle frontal enlevé et,
La, figure 5 est une vue en éléva.tion de l'arrière du dispositif de contrôle suivant la figure 3.
Le système de contrôle d'assiette d'un aéronef utilisé peut être du type similaire à celui faisant pattie d'un systè- me de pilotage automatique décrit dans la demande de brevet antérieure de la demanderesse N 371.945 déposée le 24 Décembre 1947. Ce système comprend un horizon artificiel ou gyroscope à axe de référence vertical 10 pourvu d'une prise ou d'un dis- positif électrique Il de production de signal de pene longi- tudinale connecté à.
l'entrée d'un amplificateur à tube à vide conventionnel 12, dont la sortie alimente un moteur à induction biphasé 13 actionnant le gouvernail de profondeur 14 par l'in- termédiaire d'un mécanisme à engrenages de réduction de vitesse contenu dans un boîtier 15. Le moteur 13 actionne par ailleurs
<Desc/Clms Page number 8>
un dispositif électrique 16 de production d'un signal d'asser- vissement qui est renvoyé à l'entrée de l'amplification 12 où il est superposé au signal de commande de profondeur produit par le gyroscope d'horizon 10.
, Le gyroscope d'horizon 10 comprend un rotor 17 monté dans un boitier de rotor 18 à l'intérieur duquel il tourne autour d'un axe normalement vertical 19, tout mécanisme d'érection voulu étant prévu sur le rotor pour maintenir l'axe de celui-ci sensiblement vertical. Le boitier de rotor 18 est monté pivotant autour d'un premier axe horizontal à l'intérieur d'un anneau à cardan 20 au moyen de tourillons intérieurs 21, cet anneau à cardan étant à son tour monté de façon à pouvoir osciller autour d'un deuxième axe horizontal perpendiculaire au premier et défini par des tourillons exté- rieurs 22 du dit anneau pivotés dans un support prévu sur l'engin il piloter.
L'axe de suspension du gyroscope défini par des tourillons extérieurs 22 constitue l'axe de roulis de l'engin tandis que l'axe transversal défini par les tou- rillons intérieurs 21 constitue son axe de tangage.
La prise de signal de pente longitudinale 11 est cons- tituée par un transmetteur électrique à induction comprenant un stator muni d'un enroulement triphasé 23 connecté au moyen de conducteurs 24 à un enroulement triphasé similaire de sta- tor 25 d'un dispositif répétiteur du signal de pente longitu- dinale 26 placé à distance. Le stator 23 est couplé inductive- ment avec un rotor muni d'un enroulement 27 porté par l'un des tourillons intérieurs 21 de la suspension de l'horizon gyroscopique 18 et excité à partir d'une source appropriée de courant alternatif non représentée. De façon similaire le sta- tor 25 du dispositif répétiteur 26 est couplé inductivement avec un rotor muni d'un enroulement 28 dont une extrémité
<Desc/Clms Page number 9>
est reliée par un conducteur 29 à l'entrée de l'amplifica- teur 12.
Dans les conditions normales , les deux rotors 27 et 28 occupent des positions correspondantes synchrones, avec le rotor 28 se trouvant dans sa position de zéro électrique c'est-à-dire la position dans laquelle son axe électrique est normal au champ magnétique résultant du stator 25, en sorte qu'aucun signal n'apparaît aux bornes de l'enroulement de rotor 28, bien qu'un courant traverse le rotor 27. Cepen- da.nt, dès qu'un déplacement relatif se produit entre l'horizon gyroscopique et l'axe longitudinal de l'engin, un mouvement rela.tif a lieu également entre -le stator 23 et son rotor 27 en sorte que des tensions variables se trouvent induites dans les phases de l'enroulement de stator 23 qui sont communi- quées aux phases de l'enroulement de stator 25.
Le champ magnétique résultant au sta.tor 25 est ainsi déplacé angulai- rement en sorte que le rotor 28 n'est plus perpendiculaire à la nouvelle direction prise par le champ magnétique résul- tant, ce qui fait qu'un signal est induit dans ce rotor 28 proportionnellement à l'angle de déplacement du dit champ.
Ce signal est transmis à l'entrée de l'amplificateur 12 et après amplification produit l'excitation de la phase variable 30 du servo-moteur 13, la, deuxième phase 31 de ce moteur étant continuellement excitée à partir d'une source appropriée de courant alternatif, non représentée.
Le moteur 30 entraîne la surface du gouvernail de pro- fondeur 14 par l'intermédiaire d'un accouplement débrayable comprenant deux organes d'accouplement 32 et 33 dont le pre- mier est relié par l'intermédiaire d'un mécanisme de réduc- tion de vitesse 15 avec la surface du gouvernail de profon- deur et le dernier est fixé à l'extrémité d'un arbre34
<Desc/Clms Page number 10>
passant à l'intérieur du moyeu d'une roue dentée 35, ce moyeu étant rendu solidaire en rotation du dit arbre, mais permet le coulissement axial de cet arbre pour assurer l'en- gagement ou le débrayage du dispositif d'accouplement.
L'ar- bre 34 est muni à son extrémité opposée d'un prolongement de plus grand diamètre formant un épaulement contre lequel vient s'appuyer un ressort hélicordal 36 dont l'extrémité opposée agit sur la roue dentée 35. Normalement le ressort
36 sollicite l'organe d'accouplement 33 dans le sens de sup- pression de l'engagement avec l'organe d'accouplement 32.
Pour mettre en prise le dispositif d'accouplement et établir ainsi une connexion d'entraînement positive entre le moteur 13 et la surface de gouverne 14, on utilise un solénoïde 37 coopérant avec un noyau plongeur 38 venant buter contre l'extrémité libre de l'arbre 34. Le solénoïde 37 est connecté par l'intermédiaire d'un interrupteur 39 avec une batterie 40 au moyen de conducteurs 41 en sorte que la fermeture du dit interrupteur provoque l'excitation du solénoïde et le déplacement du noyau plongeur assurant l'en- gagement du dispositif d'accouplement.
Le moteur 13 en entraînant l'organe d'accouplement 33 par l'intermédiaire du système d'engrenages 42 en prise avec la roue dentée 35, entraîne également par l'intermédiaire d'un dispositif démultiplicateur à engrenages 43, un arbre
44 portant un rotor muni d'un enroulement 45 qui est couplé inductivement avec un stator muni d'un enroulement triphasé
46, ces rotor et stator constituant le dispositif électrique de production de signal d'asservissement.
L'enroulement de stator 46 est excité à partir d'une source appropriée de cou- rant alternatif, non représentée, de façon à produire au sta- tor un champ magnétique de directioh fixe tandis que le rotor
<Desc/Clms Page number 11>
reste normalement dans sa position de zéro électrique par rapport à ce champ, c'est-à-dire la position dans laquelle l'axe électrique du dit rotor est normale au dit champ du stator.
Le déplacement du rotor 45 à partir de sa, position de zéro électrique fait naître dans son enroulement un signal dit d'asservissement proportionnel à l'angle de mouvement de la surface de gouverne qui est transmis à. l'amplificateur 12 pour y être superposé au signal de pente longitudinale. A cet est connecté à l'extrémité li.bre de l'enroulement de rotor 28 effet, une extrémité de l'enroulement de rotor 45, par l'inter- médiaire d'un conducteur 47.
Lorsque l'engin s'incline longitudinalement, un signal proportionnel au déplacement angulaire de l'axe longitudinal de l'engin par rapport à la position correspondant au vol ho- rizontal, est induit dans le rotor 28 pour exciter le moteur 13 lequel, en supposant que l'interrupteur de débrayage 39 est fermé, provoque le braquage de la surface du gouvernail de profondeur 14 pour déterminer le retour de l'engin dans sa posi- tion primitive. Dès que le moteur 13 commence à tourner l'en- roulement de rotor 45 du dispositif 16 suit ce mouvement grâce à quoi un signal d'asservissement ou de rappel est induit dans ce rotor pour être superposé au signal de l'angle d'inclinaison longitudinale induit dans le rotor 28.
Ainsi qu'il est expliqué plus en détail dans la, demande antérieure de la demanderesse mentionnée précédemment, le signal d'asservissement croît pro- gressivement a,vec le braquage du gouvernail 14 jusqu'au moment où il équilibre le signal de pente longitudinale, auquel moment le moteur 13 cesse d'être excité et le gouvernail se trouve braqué d'un angle prédéterminé proportionnel à l'angle de pente longitudinale.
Lorsque l'engin revient vers sa position de vol horizontal, lesignal de pente longitudinale induit au rotor 28, diminue et le signal d'asservissement qui est alors prédominant
<Desc/Clms Page number 12>
assure la rotation du moteur 13 dans le sens inverse jusqu'au moment où la surface du gouvernail revient de nouveau dans sa position neutre. L'enroulement de rotor 45 se trouve alors ramené danssa position de zéro électrique et le signal d'asser- vissement tombe à zéro. Par ailleurs, la condition d'équilibre entre le rotor 27 et le stator 23 du transmetteur de signal de pente longitudinale 11 se trouve également rétablie et le signal induit dans le rotor 28 tombe également à zéro.
Bien que leystème décrit ci-dessus permette de maintenir l'engin dans la position correspondant au vol horizontal, ce système est incapable de maintenir le vol horizontal de l'engin à une altitude désirée étant donné que comme il est bien connu l'altitude de vol d'un engin peut subir des changements sans que l'engin s'incline autour de son axe de tangage ou autrement dit sans qu'un mouvement relatif se produise entre l'horizon gyroscopique et le dispositif de prise de signal de pente longitudinale correspondant.
Pour obvier à cet inconvénient, et réaliser un système de commande automatique permettant de maintenir un engin de faon automatique à une altitude donnée, l'invention fournit un nouveau dispositif qui sera maintenant décrit.
Le nouveau dispositif de contrôle d'altitude suivant l'invention dans la forme représentée sur la figure 1, com- prend un tube 50 en forme de U ayant deux branches verticales espacées 51 et 52 réuniés à leur base. Le tube est rempli de mercure 53 et chacune des branches comporte à sa partie supé- rieure un orifice 54 et 55 grâce auxquels l'espace au-dessus du niveau de mercure dans chacune des branches est normalement en communication avec la pression atmosphérique. L'orifice 55 peut être pourvu d'un robinet d'arrêt 56 qui est normalement ouvert pour permettre la communication de l'espace se trouvant
<Desc/Clms Page number 13>
au-dessus de la colonne de mercure dans la branche 52 avec l'atmosphère.
L'orifice 54, d'autre part, est normalement ou- vert mais il est agencé pour être fermé dans des conditions qui seront décrites ci-dessous. Les moyens utilisés pour fermer l'orifice 54 comprennent un organe d'obturation 57 porté par un noya.u plongeur 58 d'un solénoïde 59, ce plongeur étant main- tenu normalementpar le ressort 60 dans la position correspon- dant à l'ouverture de l'orifice 54.
La bobine de solénoïde 59 est reliée par des conducteurs 61 et un interrupteur 62 aux bornes d'une batterie 63. La fermeture de l'interrupteur 62 provoque l'excitation du solénoïde 59 et force le plongeur $8 vers l'orifice 54 contre l'action d'un ressort 60 pour amener l'organe d'obturation 57 dans l'orifice 54 et assurer ainsi l'interruption de la communication entre l'espace au-dessus de la colonne de mercure dans la branche 51 et l'atmosphère..
Le dispositif décrit ci-dessus est associé avec un cir- cuit en pont de Wheatstone comprenant quatre branches d'égale résistance 64, 65, 66 et 67 dont les deux branches adjacentes 64 et 67 sont plongées respectivement dans les colonnes de mercure 51 et 52 et leur point de jonction à. la base du tube 50 est mis à la masse par un conducteur 68.Le point dejonc- tion opposé du pont, c'est-à-dire celui défini par lepoint de jonction des branches 65 et 66 est connecté au moyen d'un conducteur 69, en série avec l'enroulement de rotor 45 du dispositif générateur de signal d'asservissement 16.
L'enrou- lement de rotor 28 du dispositif répétiteur de signal de pente longitudinale 26 et l'entrée de l'amplificateur 12. La diago- nale restante du pont de Wheatstone est connectée au moyen de conducteurs 70 et 71 avec un enroulement secondaire 72 d'un transfommateur dont l'enroulement primaire 73 est connecté aux bornes d'une source appropriée de courant alternatif.
<Desc/Clms Page number 14>
Dans les conditions normales, les espaces au-dessus des deux colonnes de mercure étant en communication avec l'at- mosphère, les niveaux de mercure dans des deux colonnes sont les mêmes. Il en résulte que les valeurs de résistance des deux branches 64 et b7 du pont de 'Wheatstone sont égales en sorte que le pont est en équilibre électrique. Bien que les branches 64 et 67 soient représentées sur les dessins sous forme de ré- sistance, il est entendu qu'elles peuvent être constituées par un conducteur à prise centrale ayant une résistance de valeur élevée.
Dès que les niveaux de mereure changent, par exemple le niveau de la colonne 51 monte et celui de la colonne 52 s'abaisse, la résistance de la branche 67 diminue et celle de la branche 64 augmente le circuit en pont se trouve déséquili- bré et un courant de phase déterminé passe.dans le conducteur 69 vers l'amplificateur 12. Par contre, si c'est le niveau de la colonne 52 qui monte et celui de la colonne 51 qui s'abaisse la résistance de la branche 64 diminue et celle de la branche 67 augmente, ce qui provoque le déséquilibre du circuit en pont déterminant le passage d'un courant de phase opposée dans le conducteur 69.
En pratique, l'engin est conduit à une altitude désirée avec les deux colonnes 51 et 52 du dispositif de contrôle d'al- titude se trouvant en communication avec la pression atmosphéri- que, en sorte que le circuit en pont reste en équilibre., Les gouvernes appropriées sont alors actionnées pour amener l'engin en position de vol horizontal et si on désire alors ¯nain l'engin à cettè altitude, l'interrupteur 62 doit être fermé tehir le vol de pour provoquer l'excitation du solénoide 59 actionnant le plon- geur 58 qui assure alors la fermeture de,l'orifice 54 de la branche 51, en sorte que l'espace se trouvant au-dessu s du ni- veau de mercure dans cette branche du tube reste isolée de l'atmosphère à partir de cet instant.
Etant donné que la
<Desc/Clms Page number 15>
colonne de mercure dans la branche 52 reste soumise à l'action de la pression atmosphèrique, tout changement de l'altitude de vol ne provoquant pas de changement de position de l'axe longitudinal de l'engin par rapport au plan de vol horizontal, détermine un déséquilibre du circuit en pont pour produire un signal de commnde appliqué au gouvernail de profondeur pour ramener l'engin à, l'altitude de vol prescrite. Ainsi, par exem ple, si l'engin rencontre un courant d'air ascendant, son élé- va,tion peut subir une augmentation par rapport à celle pres- crite en sorte que la pression au-dessus de la colonne 52 sera, diminuée.
Dans ces conditions, du fait que la pression régnant au-dessus du niveau de mercure dans la branche 51 sera alors supérieure à la pression agissant sur leniveau de mercure dans la branche 52, leniveau de mercure de la-première bran- che du tube recourbé s'abaissera augmentant l'impédance de la branche 64 du pont tandis que le niveau de mercure dans la branche 52 du tube montera pour réduire l'impédance de la bran- che 67 du pont.Le cmrcuit en pont sera alors déséquilibré pour produire un signal de phase voulue pour assurer le braquage du gouvernail de profondeur vers le bas a.fin de ramener l'engin à l'altitude prescrite.
Lorsque l'engin revient à l'altitude prescrite, le braquage du gouvernail de profondeur est ramené à zéro par le dispositif d'asservissement 16 tandis que la, pression agissant sur la colonne 52 redevient égale à. celle appliquée à la colonne 51, en sorte que les deux niveaux de mercure deviennent éga.ux et rétablissent l'équilibre du circuit en pont.
Lorsque l'engin revient à l'altitude prescrite par suite du signal produit par le circuit en pont décrit, il se produit un mouvement relatif entre le stator 23 et le rotor 27 du transmetteur du signal de pente longitudinale 11, pour produire
<Desc/Clms Page number 16>
un signal dans le rotor répétiteur 28 afin de ramener le gouvernail de profondeur à sa position neutre. Si cela se produit, et que l'altitude désirée n'ait pas encore été atteinte, un signal de commande sera toujours présent dans le circuit en pont pour actionner le gouvernail de profondeur jusqu'à ce que l'engin revienne à l'altitude désirée.
Les signaux du transmetteur de pente longitudinale et du circuit en pont appliquent au gouvernail de profondeur une action de commande de valeur moyenne ramenant sûrement l'engin à l'altitude prescrite et le maintenant à cette altitude.
Lors d'une perte d'altitude résultant d'un courant des- cendant, le dispositif de commande fonctionne dans le sens opposé, c'est-à-dire la pression au-dessus du niveau de mer- cure dans la branche 52 du tube excède la pression au-dessus du niveau de mercure dans la branche 51, en sorte que le niveau de mercure monte dans cette dernière branche pour ré- duire l'impédance de la branche 64 du pont et descend dans la branche 52 pour augmenter l'impédance de la branche 67 du pont.
Le circuit en pont est ainsi déséquilibré et produit, un signal de phase opposée pour assurer le braquage du gouvernail vers le haut afin de ramener l'avion à l'altitude prescrite.
En se référant maintenant à la figure 2 des dessins, cette figure montre une autre forme de réalisation de l'inven- tion, comportant l'utilisation d'une forme de réalisation modifiée du dispositif de contrôle d'altitude associé avec le dispositif de commande du gouvernail de profondeur faisant partie d'un système de pilotage automatique en tous points identiques à celui montré sur la figgre 1.
Dans le système montré sur la figure 2, le dispositif modifié de contrôle d'altitude est branché en série avec l'enroulement de rotor 45 du dispositif d'asservissement 16 et-l'enroulement de
<Desc/Clms Page number 17>
rotor 28 du répétiteur de signal de pente longitudinale 26, entre ce dernier et l'amplificateur de signaux 12, l'extrémité de l'enroulement de rotor 45 opposée à celle connectée à l'ex- trémité de l'enroulement de rotor 28, étant directement mise à.
la masse*
Ainsi qu'il est montré schématiquement sur la figure 2, cette deuxième forme de réalisation du dispositif de contrôle d'altitude comprend une capsule ou un soufflet 150 monté de façon à pouvoir se dilater et se contracter à l'intérieur d'un bottier 151, l'intérieur de la capsule se trouvant en communica- tion directe avec la pression statique par l'intermédiaire d'un conduit 152 et l'intérieur du boîtier étant en communication avec la pression statique par l'intermédiaire d'un conduit 153.
En conséquence, dans les conditions normales, le soufflet 150 se trouve cezrtxé, étant donné qu'il est exposé à l'action de la pression statique sur ses deux faces. Cependant, dans certaines conditions, la communication entre le boîtier 151 et la, pression statique peut être interrompue et dans ce but, une soupape 154 est prévue dans le conduit 153Cette soupape est commandée par un solénoïde comprenant une bobine 155, destinée à être excitée â partir d'unebatterie 156 par l'intermédiaire d'un interrupteur 157, et enroulée sur un noyau 158,
cette bobine agissant sur une armature 158 rendue solidaire de la soupape 154 et soumise à l'action d'un ressort 159 tendent à déplacer cette soupape dans sa position d'ouverture lorsque la bobine est déexcitée cette armature étant actionnée dans le sens opposé, c'est-à-dire dans le sens de fermeture de la soupape lorsque le solénoïde est excité lors d'une fermeture de l'interrupteur 157.
En conséquence, lorsque l'interrupteur 157 est fermé tout changement de la pression statique telle que résultant d'un
<Desc/Clms Page number 18>
changement de l'altitude, est communiqué à l'intérieur de la capsule ou du soufflet 150, en sorte que ce dernier se dilate ou se contracte suivant que la pression monte ou descend. Le mouvement de la capsule est transmis par l'intermédiaire d'un arbre ou d'une tige 160 à un enroulement 161 mobile linéaire- ment et qui est connecté pour son excitation à une soucce appro- priée de courant alternatif, non représentée.
L'enroulement 161 occupe normalement une position centrale par rapport à un cou- ple d'enroulements fixes 162 et 163 qui sont connectés en série et ne opposition de phase, en sorte que tant que l'enroulement mobile d'excitation 161 reste dans sa position centrée par rapport à ces deux enroulements fixes, des tensions égales et opposées sont induites dans ces deux derniers enroulements et leur valeur résultante est égale à zéro. Cependant le déplace- ment de l'enroulement mobile en dehors de sa position centrale ou neutre provoque l'induction d'une tension plus grande dans un des enroulements fines 162 ou 163 et une tension moindre dans l'autre enroulement, créant ainsi une différence des ten- sions entre ces deux enroulements déterminant le passage de cou- rant d'une ou de l'autre phase dans le circuit de ces deux en- roulements.
Ainsi qu'il est indiqué sur le dessin, l'extrémité ex térieure de l'enroulement 162 est connectée au moyen d'un conduc- teur 164, en série avec l'enroul erre nt de rotor 28 du dispositif répétiteur de signal de pente longitudinale 26 tandis que l'ex- trémité extérieure de l'enroulement 163 est connectée au moyen d'un conducteur 165, en série avec un conducteur 29 et par ce conducteur avec l'amplificateur 12.
En supposant que l'interrupteur 167 soit fermé et que l'engin se trouve à une altitude désirée, une augmentation de l'altitude se manifestera par une contraction de la capsule 150, provoquant le déplacement de l'enroulement 161 vers l'intérieur
<Desc/Clms Page number 19>
à partir de sa position neutre, par rapport aux enroulements fixes 162 et 163, en sorte qu'un signal de phase détermihée passe alors dans ces derniers enroulements pour provoquer l'actionnement du gouvernail de profondeur vers le bas.
Par contre une perte d'altitude subie par l'engin se manifestera par l'expansion de la capsule et un mouvement vers l'extérieur del'enroulement mobile 161, par rapport aux enroulements fixes 162 et 163 en sorte qu'un signal de phase opposée sera produit par ces enroulements afin de provoquer de braquage du gouver- nail de profondeur vers lehaut afin de faire regagner à l'engin l'altitude prescrite.
En se référant maintenant à la réalisation pratique d'un dispositif de contrôle d'altitude tel que montré sur la figure 2 un exemple d'une telle réalisation est montré sur la figure 3.
Dans cette réalisation, le dispositif comprend un bottier exté- rieur 170 comportant un couvercle arrière 171 pourvu d'un bossage central perforé 172 dans lequel passe un arbre 173- portant fi- xées à son extrémité une série de capsules 174 formant un souf- flet élastique. La première des dites capsules communique avec un passage axial 175 pratiqué dans l'arbre 173 et porte un dis- que perforé 176 qui supporte et fait communiquer la deuxième capsule avec le passage 175. Cette dernière capsule porte un deuxième disque perforé 177 qui supporte et fait communiquer la dernière capsule avec lepassage 175 de l'arbre173.
Le couvercle arrière 171 est pourvu. d'une chambre à, pres- sion 178 qui se trouve en communication, par l'intermédiaire d'un canal 179 formé dans le conduit 180 fixé au dit couvercle arrière au moyen de vis 181, avec une chambre à pression stati- que d'un tube Pitot conventionnel, non représenté et comminique ainsi continuellement la pression statique par l'intermédiaire du passage 175 à l'intérieur des capsules ou du soufflet 174..
<Desc/Clms Page number 20>
Fixé au boîtier 170 au moyen de vis 182 se trouve un noyau cylindrique creux 183 pourvu sur sa périphérie de deux gorges parallèles destinées à recevoir deux enroulements 184 et 185 qui-correspondent aux enroulements 162 et 163 de la figure 2. Conformément à cette figure, ces enroulements sont connectés l'un à l'autre en série et en opposition de phase et sont branchés par leurs extrémités de sortie dans le circuit de commande du gouvernail de profondeur. A l'intérieur de l'or- gane de noyau 183 est disposé un enroulement 186, mobile linéai- rement par rapport aux enroulements 184 et 185 et porté par un noyau en forme de bobine 187, solidaire d'un manchon 188 con- necté par l'intermédiaire d'une clavette 189 avec un arbre 191 fixé au disque d'extrémité 191 porté par la capsule extérieure de l'ensemble à capsules 174.
Un conducteur 192 relie l'enroule- ment 186 avec une source appropriée de courant alternatif, non représentée.
L'enroulement mobile 186 est maintenu normalement dans une position centrée par rapport aux enroulements de stator 184 et 185, en sorte que des tensions égales et opposées sont induites dans ce dernier enroulement et qu'aucun signal n'appa- rait à la sortie des dits enroulements. Dans ce but, l'extrémi- té libre de l'arbre 173 est filetée pour recevoir un écrou de réglage 193, tandis qu'un ressort 194 est interposé entre le couvercle arrière 171 et la face extérieure de la première cap- sule.
De plus, le bossage 172 comporte un passage longitudinal parallèle à l'axe de l'arbre 173 et destiné à recevoir un doigt de guidage 195 porté par un disque 196 fixé à la première capsule, en sorte que le réglage de l'écrou 193 provoque un déplacement linéaire de l'arbre 173 et de l'ensemble à diaphrag- mes 174 par rapport au boftier 170. De cette façon, il est possible de régler le centrage de l'enroulement 186 par rapport aux enroulements fixes 184 et 185.
<Desc/Clms Page number 21>
Il apparaît maintenant clairement que le mouvement vers l'extérieur de l'enroulement 185 réalise un couplage inductif plus intense entre cet enroulement et l'enroulement du stator 185, en sorte qu'un plus grand signal est induit dans ce dernier enroulement que dans l'enroulcment 184, ces deux signaux donnant à la. sortie un signal résultant d'une phase déterminée, tandis que le mouvement vers l'intérieur de l'enroulement 186 donne lieu à, un coupla.ge inductif plus intense entre cet enroulement et l'enroulement 184, en sorte qu'un plus grand signal est induit dans ce dernier enroulement que dans l'enroulement 185 pour donner à la. sortie un signal résultant de phase opposée à celle obtenue précédemment.
L'intérieur du 'boîtier 170 communique avec la pression statique régnant dans la chambre 178 par l'intermédiaire d'un canal 197 formé dans le couvercle arrière 171, un canal 198 forme dans le boîtier 170 et un canal 199 dont l'orifice de est pourvu d'un siè@e de soupape conique 200, mieux visible sur la Figure 4. A l'intérieur du sortie s'ouvrant à l'intérieur du dit bottier/est monte un boîtier électro-aimant 201 comprenant un noyau 202 portant une bobine d'excitation 203 et qui agit sur un organe de soupape 204 coopérant avec l'orifice de sortie 200.
Cet électro-aimant, lorsqu'il est excité, déplace l'organe de soupape 204 vers l'extérieur autour d'un point de pivotement 205 pour faire venir cet organe en prise avec le siège de soupape 200 et fermer ainsi la communication entre l'intérieur du boîtier et la pression statique. La bobine 203 correspond à. la bobine 156, par l'intermédiaire de l'interrupteur 157.Lorsque cet interrupteur est ouvert pour supprimer l'excitatioh de la bobine 203, un organe élastique 206 fixé à, l'électro-aimant à l'une de ses extrémités par l'intermédiaire d'un boulon 207 et relié par son autre extrémité à. l'organe de soupape 204, tend à. éloigner ce dernier organe du siège de soupa,pe 200 pour ouvrir la communication entre la boîtier et la chambre à pres- sion statique.
<Desc/Clms Page number 22>
En vol, l'engin est conduit à l'altitude désirée en gardant l'interrupteur 157 ouvert, ce qui maintient la bobine 203 non excitée, en sorte que des pressions égales existent sur les côtés opposés du soufflet 174 et l'enroulement 186 reste centré par rapport aux deux enroulements fixes 184 et 185.
Pour maintenir l'altitude désirée, l'interrupteur' 157 est fermé, coupant la communication entre l'intérieur du boîtier 170 et la chambre à pression statique 178, après quoi, tout changement-de la pression du à des déviations de l'engin de l'altitude prescrite, se manifes- te par l'expansion ou la contraction du soufflet 174, déplaçant linéairement l'enroulement 186 par rapport aux enroulements fixes 184 et 185, grâce à quoi un signal de phase-:déterminée est produit aux bornes du circuit de ces deux enroulements et appliqué à la commande du gouvernail de profondeur.
Si, après avoir maintenu l'engin pendant un certain temps à une altitude désirée on veut lui faire changer d'altitude, l'interrupteur 157 doit être ouvert pour supprimer l'excitation de la bobine 203 de l'électro-aimant, ce qui provoque l'égalisa- tion des pressions sur les côtés opposés de l'ensemble à capsules et le retour de l'enroulement 186 dans la position normale centrée par rapport aux enroulements 186 et 187. L'engin est placé ensuite en position de montée ou de descente en agissant sur le rotor 228 du dispositif répétiteur du signal de pente longitudinale que l'on fait tourner dans un ou dans l'autre sens.
Une fois que l'engin atteint la nouvelle altitude voulue, il est ramené dans la position horizontale et l'interrupteur 157 est de nouveau fermé; le dispositif de contrôle d'altitude maintient alors l'engin à la nouvelle altitude de la manière décrite précédemment.
Pour le cas où le pilote désirant changer l'altitude oublie d'ouvrir l'interrupteur 157 et supprimer ainsi l'action du . dispositif de contrôle avant qu'il n'effectue la manoeuvre,
<Desc/Clms Page number 23>
il est prévu, d'après l'invention, un dispositif de sécurité empêchant une dilatation ou une contraction exagérée du soufflet. Ce dispositif comprend un canal de dérivation 208 prévu entre le canal 198 et l'intérieur du boîtier 170.
L'extrémité extérieure du canal 208 est pourvu, ainsi qu'il est indiqué sur la, figure 3, d'un siège de soupape 209 contre lequel est préssé normalement un organe de soupape 210 porté par une lame élastique 211, en sorte que dans les conditions normales, la communication entre le boîtier et le canal de dérivation est fermée. La lame élastique 211 est fixée sur le fond du boîtier au moyen de vis 112 et comporte une ouverture centrale 113.
Un prolongement de faible diamètre de l'arbre 190 portant l'enroulement mobile 186, passe dans un palier 214 formé dans le boîtier et se prolonge à travers l'ouverture 213 dans la, lame 211. Deux écrous de réglage ou de limitation de course 215 et 216 sont prévus sur l'arbre 190 de part et d'au- tre de la lame 213, l'extrémité de cet arbre étant fileté dans ce but, l'écrou 216 se trouvant du côté extérieur de la, lame 213 et l'écrou 215 se trouvant du côté intérieur de cette lame.
De plus, une butée réglable constituée par une vis 217 reçue dans un trou fileté prévu dans le boîtier limite le mouvement de la lame élastique 211 vers le boîtier.
Ainsi, en supposant que la bobine 203 soit excitée, o@ qui fait que l'intérieur du boîtier est isolé complètement de la chambre à pression statique 178, une expansion prédé- terminée de l'ensemble à capsules dépendant de la position initiale de l'écrou 215 va forcer cet écrou en engagement avec la lame élastique 211 pour soulever la valve 210 de son siège 209 et ouvrir ainsi la communication entre le boîtier et la pression statique, grâce à. quoi les pressions sur les côtés opposés du dispositif à capsules s'égalisent, empêchant
<Desc/Clms Page number 24>
ainsi toute dilatation de cet ensemble.
Si oh suppose les mêmes conditions que précédemment, c'est-à-dire le boi@tier 170 isolé de la chambre à pression statique 178 et qu'une chute rapide de pression ait lieu à la suite d'une montée de l'engin par exemple, cette chute de pression communiquée à l'intérieur de l'ensemble à capsules provoque une contraction de celui-ci jusqu'à, une limite prédéterminée dépenaant du réglage initia- de l'écrou 216, lequel, lorsque cette limite est atteinte, vient engager la lame élastique 211 pour tirer la partie cen- trale de cette capsule vers 1'inférieur,
ce qui provoque la flexion de cette lame autour du pivot constitué par la butée 217 et l'écartement de l'extrémité de la lame du siège de 'soupape provoquent ainsi l'ouverture du passage 208 réta- blissant l'égalité des pressions sur les côtés opposés du soufflet 174.
Il apparaitra clairement de ce qui précède aux hommes du métier que l'invention fournit ainsi un nouveau système de contrôle d'altitude pour engins aériens dirigeables, dispositif adapté à être utilisé en association avec un systeme de pilotage automatique pour compléter le dispositif de commande du gouvernai.] de profondeur faisant partie d'un tel système.° grâce'à suoi l'en;:,; gin peut être maintenu non seulement dans-une attitude de vol ho- rizontal, mais également à une altitude désirée.
De plus, le dispositif-suivant l'invention comporte une mesure de sécurité permettant d'éviter le. détérioration du dis- positif de commande qui pourrait résulter autrement si l'on fait changer l'altitude d'un engin sens déconnecter et rendre inopérant le dispositif de commande d'altitude.
L'invention fournit d'autre part des réalisations per-
EMI24.1
fectionnées des dispcsiufs de contrôle d'ià.i;1,ucic a i'cnc't:iN1-
EMI24.2
T'Cr.:",E.i,-,: )'1tj riz 1= #J ' e 'Q c' ! c -.,- 1. - - --. i , . , .,. ¯,.v J.'.:...:...1.... -.i.¯\1l u
<Desc/Clms Page number 25>
courants d'excitation alternatifs et produisant des dignaux de commande sous forme de tensions de courant alternatif qui s@ sont introduits dans le circuit de commande également à cou- ra.nt alternatif du dispositif de contrôle du gouvernai. de pro- fondeur.,
pour y être combinés à l'entrée d'un amplificateur thermoionique ou similaire aux signaux de tension de courant alternatif produits par -Lui appareil de référence de position angulaire de l'engin par rapport à son axe detangage ainsi que par un dispositif générateur de signal d'asservissement entrainé par le servo moteur.
Enfin l'invention fournit un dispositif de commande du gouvernail de profondeur en fonction des variations d'al- titude pouvant faire partie d'un dispositif de pilotage au- tomatique complet d'un angin:, ce dispositif de commande étant établi pour produire un signal électrique à courant alterna- tif, de même fréquence que les signaux produits par l'appa- reil de référence de position et le dispositif d'asservisse- ment faisant partie de cette commande.
Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation représentées etdécrites ci-dessus, r peut subir diverses modifications et changements dans la forme et la disposition relative des parties sans pour cela sortir de son domaine ni s'écarter de son esprit.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
"Advanced altitude control device *
The present invention relates generally to automatic piloting systems for airships such as aircraft for example and more particularly to an altitude control device for such vehicles, thanks to which, when a craft reaches at a given altitude, it can be maintained at this given altitude, it can be maintained at this altitude automatically.
Autopilot systems are already known capable of keeping an aircraft in a horizontal flight position, but these systems do not allow it to be maintained at a desired altitude since the flight altitude of an aircraft is subject to changes under l 'action of ascending and descending air currents, without any relative movement being produced between the longitudinal axis of the aircraft and the plane of the horizontal flight position, movement which is necessary in conventional autopilot systems for produce an elevator control signal o
In fact, in such automatic pilot systems,
the control of the elevator surfaces is derived
<Desc / Clms Page number 3>
generally a device for taking a signal of the longitudinal slope of a gyroscopic horizon producing a control signal only as a function of the inclination of the aircraft by ra, pport to the desired flight position. As a result, such a control is capable of maintaining the aircraft in a horizontal flight position, but does not allow the aircraft to maintain the desired altitude, since the rising and falling air currents can cause changes in flight altitude without producing an inclination of the aircraft about its pitch axis so that no signal is applied in this case to the rudder control servo motor. depth.
With the aim of eliminating the foregoing drawback and of making it possible to maintain an airship in horizontal flight and at a desired altitude, various devices have already been proposed. These devices were sensitive to changes in atmospheric pressure and produced a control action additional to that produced by a gyroscopic clock to actuate the elevator to hold constant at a desired value, the flight altitude of a. aircraft.
These devices and their installation were generally complicated due in particular to the use of a pressure-sensitive member acting on other organs sensitive to the. pressure to provide a control action to the elevator.
The subject of the invention is a novel altitude control device of simple construction and precise operation making it possible to maintain the flight of an aerial vehicle such as an airplane for example, at a desired altitude independently of updrafts and descendants of the outside air, changes or displacements of the. aircraft load, etc ...
<Desc / Clms Page number 4>
Another object of the invention resides in a new automatic piloting system for airship airships thanks to which such a machine can be maintained automatically in a desired horizontal position and at a desired altitude.
Yet another object of the invention resides in a novel electrical altitude control device for airship airships, by virtue of which the craft can be maintained automatically at a desired flight altitude.
The subject of the invention is also a novel additional control device for an automatic piloting system for airships by means of which the control carried out by the altitude control device of the craft is completed so as to produce also a control of the flight altitude of the machine.
The invention more specifically relates to a new device for controlling or controlling the altitude of an airborne mobile airship comprising the use of a pressure-sensitive device normally subjected on its two faces to the variable static pressure and capable of to have one of its faces isolated from this pressure at the desired moment, so that this device, from this moment, reacts in one or the other direction according to the direction and the magnitude of the changes in altitude of the craft to exert an additional control action on the elevator to maintain the craft at a desired altitude.
Yet another object of the invention consists of a novel altitude control device comprising the use of an expandable elastic pressure-sensitive member, the two faces of which remain normally subjected to the static pressure varying with the pressure. 'altitude and one of whose faces is likely to be isolated from this pressure, so that this
<Desc / Clms Page number 5>
element, from this moment, expands and contracts following changes in pressure with altitude to exert a control action on the elevator to maintain the craft at a desired altitude.
The invention a. another subject matter is a control device as defined above and which is designed so that no appreciable load is applied to the pressure sensitive element, so that the latter is capable of reacting. on the smallest changes in pressure,
The subject of the invention is also an altitude control device as defined above arranged to produce an electrical signal complementary to a longitudinal slope angle signal produced by a gyroscopic horizon and / or a signal of servo-control according to the movement of the elevator.
The subject of the invention is also a novel automatic altitude control device comprising a mobile pressure-sensitive elastical element connected to an electric device which is normally centered and movable linearly so that the movements of the device. The sensing element due to changes in altitude causes the electrical device to move in either direction depending on the direction of the changes in altitude, to produce an additional control signal for the elevator.
Furthermore, the invention provides a novel altitude control device for air navigation vehicles comprising automatic safety means provided to place the two sides of the pressure sensitive element in communication with the variable static pressure. and thus protect this element against the possibilities of an expansion or an excessive contraction at the ca.s where the pilot makes pitch or climb the machine without disconnecting the control device.
<Desc / Clms Page number 6>
altitude control.
The invention also provides a device for automatic control of the flight altitude of an aircraft or the like comprising a device sensitive to variations in atmospheric pressure, arranged to produce an electrical signal for controlling the elevator as a function of said values. riations, this electric signal being combined with an electric signal produced by a reference device for the position of the machine around its pitch axis and in particular a gyrovertical and / or an electric control signal depending on the movement of the machine. elevator, before being applied to the also electric control servo motor operating the elevator.
The invention finally presents a tern of the type defined above and in which the electrical signals produced by the various control devices of the system consist of alternating electrical voltages of the same frequency, but of variable phase and amplitude, and are mixed. to be amplified simultaneously with the input of a thermionic or vacuum tube amplifier, the output of which supplies the servomotor for controlling the elevator, this servomotor preferably consisting of a motor with A two-phase induction having a phase excited by a current source of the same frequency as that of the resulting signal output from the amplifier.
The above objects and characteristics of the invention as well as others will emerge clearly from the description which follows and the drawings appended thereto, it being understood that these drawings are given only by way of example in no way limiting.
In these drawings, where the same references designate the
<Desc / Clms Page number 7>
marl parts in the various figures: Figure 1 is a schematic representation of the conventional altitude control device of an aircraft forming part of an automatic pilot system and which includes the use of a new control device. altitude control according to the invention;
FIG. 2 is a schematic representation of the same elevator control system as in FIG. 1 ma.is comprising the use of a modified form of the altitude control device according to the invention;
Figure 3 is an elevational view in section of a practical embodiment of the novel altitude control device according to Figure 2.
Figure 4 is an elevational view of the rear of the control device according to the. figure 3, with the front cover removed and,
FIG. 5 is an elevation view of the rear of the control device according to FIG. 3.
The attitude control system of an aircraft used can be of the type similar to that forming part of an automatic pilot system described in the applicant's previous patent application No. 371,945 filed on December 24, 1947. This system comprises an artificial horizon or vertical reference axis gyroscope 10 with an electrical outlet or a longitudinal pin signal generating device II connected to it.
the input of a conventional vacuum tube amplifier 12, the output of which powers a two-phase induction motor 13 operating the elevator 14 via a speed reduction gear mechanism contained in a housing 15. The motor 13 also operates
<Desc / Clms Page number 8>
an electrical device 16 for producing a control signal which is returned to the input of amplification 12 where it is superimposed on the depth control signal produced by horizon gyroscope 10.
The horizon gyroscope 10 comprises a rotor 17 mounted in a rotor housing 18 within which it rotates about a normally vertical axis 19, any desired erection mechanism being provided on the rotor to maintain the axis of it substantially vertical. The rotor housing 18 is mounted to pivot about a first horizontal axis within a gimbal ring 20 by means of internal journals 21, this gimbal ring being in turn mounted so as to be able to oscillate around it. a second horizontal axis perpendicular to the first and defined by external journals 22 of said ring pivoted in a support provided on the machine it is piloting.
The axis of suspension of the gyroscope defined by outer journals 22 constitutes the axis of roll of the machine while the transverse axis defined by the inner journals 21 constitutes its pitch axis.
The longitudinal slope signal tap 11 is constituted by an electric induction transmitter comprising a stator provided with a three-phase winding 23 connected by means of conductors 24 to a similar three-phase stator winding 25 of a repeater device of the remotely located longitudinal slope signal 26. The stator 23 is inductively coupled with a rotor provided with a winding 27 carried by one of the inner journals 21 of the suspension of the gyroscopic horizon 18 and energized from a suitable source of alternating current not shown. Similarly, the stator 25 of the repeater device 26 is inductively coupled with a rotor provided with a winding 28, one end of which
<Desc / Clms Page number 9>
is connected by a conductor 29 to the input of amplifier 12.
Under normal conditions, the two rotors 27 and 28 occupy corresponding synchronous positions, with the rotor 28 being in its electric zero position, that is to say the position in which its electric axis is normal to the magnetic field resulting from the stator 25, so that no signal appears across rotor winding 28, although current flows through rotor 27. However, as soon as a relative displacement occurs between the horizon gyroscopic and the longitudinal axis of the machine, a rela.tif movement also takes place between the stator 23 and its rotor 27 so that variable voltages are induced in the phases of the stator winding 23 which are communicated - as to the phases of the stator winding 25.
The resulting magnetic field at the sta.tor 25 is thus angularly displaced so that the rotor 28 is no longer perpendicular to the new direction taken by the resulting magnetic field, so that a signal is induced in it. rotor 28 in proportion to the angle of displacement of said field.
This signal is transmitted to the input of amplifier 12 and after amplification produces the excitation of the variable phase 30 of the servomotor 13, the second phase 31 of this motor being continuously excited from an appropriate source of alternating current, not shown.
The motor 30 drives the surface of the elevator rudder 14 by means of a disengageable coupling comprising two coupling members 32 and 33, the first of which is connected by means of a reduction mechanism. speed 15 with the surface of the elevator rudder and the last one is attached to the end of a shaft 34
<Desc / Clms Page number 10>
passing inside the hub of a toothed wheel 35, this hub being made integral in rotation with said shaft, but allows the axial sliding of this shaft to ensure the engagement or disengagement of the coupling device.
The shaft 34 is provided at its opposite end with an extension of larger diameter forming a shoulder against which comes to rest a helical spring 36 whose opposite end acts on the toothed wheel 35. Normally the spring
36 urges the coupling member 33 in the direction of removal of the engagement with the coupling member 32.
To engage the coupling device and thereby establish a positive drive connection between the motor 13 and the rudder surface 14, a solenoid 37 is used cooperating with a plunger 38 abutting against the free end of the. shaft 34. The solenoid 37 is connected by means of a switch 39 with a battery 40 by means of conductors 41 so that the closing of said switch causes the energization of the solenoid and the displacement of the plunger ensuring the - engagement of the coupling device.
The motor 13 by driving the coupling member 33 by means of the gear system 42 engaged with the toothed wheel 35, also drives by means of a gear reduction device 43, a shaft
44 carrying a rotor provided with a winding 45 which is inductively coupled with a stator provided with a three-phase winding
46, these rotor and stator constituting the electrical device for producing the control signal.
The stator winding 46 is energized from a suitable source of alternating current, not shown, so as to produce at the stator a magnetic field of fixed direction while the rotor
<Desc / Clms Page number 11>
normally remains in its position of electrical zero relative to this field, that is to say the position in which the electrical axis of said rotor is normal to said field of the stator.
The displacement of the rotor 45 from its electrical zero position gives rise in its winding to a so-called servo signal proportional to the angle of movement of the steering surface which is transmitted to. amplifier 12 so as to be superimposed thereon on the longitudinal slope signal. To this is connected at the li.bre end of the rotor winding 28 indeed, one end of the rotor winding 45, through a conductor 47.
When the machine tilts longitudinally, a signal proportional to the angular displacement of the longitudinal axis of the machine with respect to the position corresponding to the horizontal flight, is induced in the rotor 28 to excite the motor 13 which, in assuming the clutch release switch 39 is closed, causes the surface of the elevator 14 to deflect to determine the return of the craft to its original position. As soon as the motor 13 begins to rotate the rotor bearing 45 of the device 16 follows this movement whereby a servo or return signal is induced in this rotor to be superimposed on the signal for the angle of inclination. longitudinal induced in the rotor 28.
As explained in more detail in the earlier application of the applicant mentioned above, the servo signal increases progressively with the deflection of the rudder 14 until it balances the longitudinal slope signal, at which point the motor 13 ceases to be energized and the rudder is deflected by a predetermined angle proportional to the longitudinal slope angle.
When the craft returns to its horizontal flight position, the longitudinal slope signal induced by rotor 28 decreases and the servo signal which is then predominant
<Desc / Clms Page number 12>
rotates the motor 13 in the opposite direction until the rudder surface again returns to its neutral position. The rotor winding 45 is then returned to its electrical zero position and the override signal drops to zero. On the other hand, the equilibrium condition between the rotor 27 and the stator 23 of the longitudinal slope signal transmitter 11 is also re-established and the signal induced in the rotor 28 also drops to zero.
Although the system described above makes it possible to maintain the craft in the position corresponding to horizontal flight, this system is incapable of maintaining the horizontal flight of the craft at a desired altitude given that, as is well known, the altitude of flight of a craft can undergo changes without the craft tilting around its pitch axis or in other words without relative movement occurring between the gyroscopic horizon and the corresponding longitudinal slope signal pickup device .
To obviate this drawback, and provide an automatic control system making it possible to maintain a machine automatically at a given altitude, the invention provides a new device which will now be described.
The new altitude control device according to the invention in the form shown in FIG. 1, comprises a U-shaped tube 50 having two spaced vertical branches 51 and 52 joined at their base. The tube is filled with mercury 53 and each of the legs has at its top an orifice 54 and 55 whereby the space above the mercury level in each of the legs is normally in communication with atmospheric pressure. Port 55 may be provided with a shut-off valve 56 which is normally open to allow communication of the space within.
<Desc / Clms Page number 13>
above the mercury column in branch 52 with the atmosphere.
Port 54, on the other hand, is normally open but is arranged to be closed under conditions which will be described below. The means used to close the orifice 54 comprise a closure member 57 carried by a core of the plunger 58 of a solenoid 59, this plunger being normally held by the spring 60 in the position corresponding to the opening. hole 54.
The solenoid coil 59 is connected by conductors 61 and a switch 62 to the terminals of a battery 63. Closing the switch 62 causes the solenoid 59 to be energized and forces the plunger $ 8 to the port 54 against it. action of a spring 60 to bring the closure member 57 into the orifice 54 and thus ensure the interruption of the communication between the space above the mercury column in the branch 51 and the atmosphere. .
The device described above is associated with a Wheatstone bridge circuit comprising four branches of equal resistance 64, 65, 66 and 67, the two adjacent branches of which 64 and 67 are respectively immersed in the mercury columns 51 and 52. and their junction point at. the base of the tube 50 is earthed by a conductor 68. The opposite junction point of the bridge, that is to say that defined by the junction point of the branches 65 and 66 is connected by means of a conductor 69, in series with the rotor winding 45 of the servo signal generator device 16.
The rotor winding 28 of the longitudinal slope signal repeater 26 and the input of the amplifier 12. The remaining diagonal of the Wheatstone bridge is connected by means of conductors 70 and 71 with a secondary winding 72. of a transformer whose primary winding 73 is connected to the terminals of an appropriate source of alternating current.
<Desc / Clms Page number 14>
Under normal conditions, the spaces above the two mercury columns being in communication with the atmosphere, the mercury levels in both columns are the same. As a result, the resistance values of the two branches 64 and b7 of the Wheatstone bridge are equal so that the bridge is in electrical equilibrium. Although the branches 64 and 67 are shown in the drawings as a resistor, it will be understood that they may be a centrally taped conductor having a high resistance.
As soon as the sea levels change, for example the level of column 51 rises and that of column 52 falls, the resistance of branch 67 decreases and that of branch 64 increases, the bridge circuit is unbalanced. and a determined phase current passes through conductor 69 to amplifier 12. On the other hand, if it is the level of column 52 which rises and that of column 51 which falls, the resistance of branch 64 decreases. and that of the branch 67 increases, which causes the imbalance of the bridge circuit determining the passage of a current of opposite phase in the conductor 69.
In practice, the machine is driven to a desired altitude with the two columns 51 and 52 of the altitude control device being in communication with the atmospheric pressure, so that the bridge circuit remains in equilibrium. , The appropriate control surfaces are then actuated to bring the craft to a horizontal flight position and if it is then desired to dwarf the craft at this altitude, switch 62 must be closed during flight to cause solenoid 59 to be energized. activating the plunger 58 which then closes the orifice 54 of the branch 51, so that the space located above the mercury level in this branch of the tube remains isolated from the atmosphere from that moment on.
Since the
<Desc / Clms Page number 15>
column of mercury in branch 52 remains subject to the action of atmospheric pressure, any change in flight altitude not causing a change in position of the longitudinal axis of the craft relative to the horizontal flight plan, determines an imbalance in the bridge circuit to produce a command signal applied to the elevator to return the craft to the prescribed flight altitude. Thus, for example, if the machine encounters an ascending air current, its elevation may undergo an increase over that prescribed so that the pressure above the column 52 will be reduced. .
Under these conditions, because the pressure prevailing above the level of mercury in branch 51 will then be greater than the pressure acting on the level of mercury in branch 52, the level of mercury in the first branch of the curved tube will drop increasing the impedance of leg 64 of the bridge as the mercury level in leg 52 of the tube will rise to reduce the impedance of leg 67 of the bridge. The bridge circuit will then be unbalanced to produce a desired phase signal to provide downward deflection of the elevator to return the craft to the prescribed altitude.
When the machine returns to the prescribed altitude, the deflection of the elevator is brought back to zero by the servo device 16 while the pressure acting on the column 52 again becomes equal to. that applied to column 51, so that the two levels of mercury become égal.ux and restore the equilibrium of the bridge circuit.
When the machine returns to the prescribed altitude as a result of the signal produced by the described bridge circuit, there is a relative movement between the stator 23 and the rotor 27 of the longitudinal slope signal transmitter 11, to produce
<Desc / Clms Page number 16>
a signal in the repeater rotor 28 to return the elevator to its neutral position. If this occurs, and the desired altitude has not yet been reached, a command signal will still be present in the bridge circuit to operate the elevator until the craft returns to altitude. desired.
The longitudinal slope transmitter and bridge circuit signals apply a mid-value control action to the elevator, which will reliably return the craft to the prescribed altitude and maintain it at that altitude.
In the event of a loss of altitude resulting from a downward current, the control device operates in the opposite direction, i.e. the pressure above the mercury level in branch 52 of the tube exceeds the pressure above the level of mercury in branch 51, so that the level of mercury rises in this last branch to reduce the impedance of branch 64 of the bridge and goes down in branch 52 to increase l impedance of branch 67 of the bridge.
The bridge circuit is thus unbalanced and produces an opposite phase signal to ensure the deflection of the rudder upwards in order to bring the airplane back to the prescribed altitude.
Referring now to Figure 2 of the drawings, this figure shows another embodiment of the invention, comprising the use of a modified embodiment of the altitude control device associated with the control device. of the elevator being part of an autopilot system in all respects identical to that shown in figgre 1.
In the system shown in Figure 2, the modified altitude control device is connected in series with the rotor winding 45 of the servo device 16 and the servo winding.
<Desc / Clms Page number 17>
rotor 28 of the longitudinal slope signal repeater 26, between the latter and the signal amplifier 12, the end of the rotor winding 45 opposite to that connected to the end of the rotor winding 28, being directly put to.
the mass*
As shown schematically in Figure 2, this second embodiment of the altitude control device comprises a capsule or a bellows 150 mounted so as to be able to expand and contract inside a housing 151. with the interior of the capsule being in direct communication with the static pressure via a conduit 152 and the interior of the housing being in communication with the static pressure via a conduit 153.
Consequently, under normal conditions, the bellows 150 is cezrtxé, since it is exposed to the action of the static pressure on its two faces. However, under certain conditions the communication between the housing 151 and the static pressure may be interrupted and for this purpose a valve 154 is provided in the conduit 153 This valve is controlled by a solenoid comprising a coil 155, intended to be energized through the conduit 153. from a battery 156 through a switch 157, and wound on a core 158,
this coil acting on an armature 158 made integral with the valve 154 and subjected to the action of a spring 159 tend to move this valve into its open position when the coil is de-energized, this armature being actuated in the opposite direction, c 'that is to say in the direction of closing of the valve when the solenoid is energized during a closing of the switch 157.
Accordingly, when switch 157 is closed any change in static pressure such as resulting from
<Desc / Clms Page number 18>
change in altitude, is communicated inside the capsule or bellows 150, so that the latter expands or contracts as the pressure rises or falls. The movement of the capsule is transmitted through a shaft or rod 160 to a coil 161 which is linearly movable and which is connected for its excitation to a suitable source of alternating current, not shown.
The winding 161 normally occupies a central position with respect to a pair of fixed windings 162 and 163 which are connected in series and not in phase opposition, so that as long as the mobile excitation winding 161 remains in its own right. position centered with respect to these two fixed windings, equal and opposite voltages are induced in these last two windings and their resulting value is equal to zero. However, the movement of the movable winding out of its central or neutral position causes the induction of a greater voltage in one of the fine windings 162 or 163 and a lesser tension in the other winding, thus creating a difference. tensions between these two windings determining the passage of current from one or the other phase in the circuit of these two windings.
As shown in the drawing, the outer end of the winding 162 is connected by means of a conductor 164, in series with the rotor winding 28 of the slope signal repeater device. longitudinal 26 while the outer end of the winding 163 is connected by means of a conductor 165, in series with a conductor 29 and by this conductor with the amplifier 12.
Assuming that switch 167 is closed and the craft is at a desired altitude, an increase in altitude will be manifested by a contraction of the capsule 150, causing the coil 161 to move inward.
<Desc / Clms Page number 19>
from its neutral position, with respect to the fixed windings 162 and 163, so that a determined phase signal then passes through these latter windings to cause the downward actuation of the elevator.
On the other hand, a loss of altitude undergone by the machine will be manifested by the expansion of the capsule and an outward movement of the mobile winding 161, with respect to the fixed windings 162 and 163 so that a phase signal opposite direction will be produced by these windings in order to cause the elevator to deflect upwards in order to return the machine to the prescribed altitude.
Referring now to the practical embodiment of an altitude control device as shown in Fig. 2 an example of such an embodiment is shown in Fig. 3.
In this embodiment, the device comprises an external casing 170 comprising a rear cover 171 provided with a perforated central boss 172 in which passes a shaft 173- carrying, fixed at its end, a series of capsules 174 forming a bellows. elastic. The first of said capsules communicates with an axial passage 175 made in the shaft 173 and carries a perforated disc 176 which supports and communicates the second capsule with the passage 175. This last capsule carries a second perforated disc 177 which supports and makes the last capsule communicate with passage 175 of shaft 173.
The rear cover 171 is provided. a pressure chamber 178 which is in communication, via a channel 179 formed in the conduit 180 fixed to said rear cover by means of screws 181, with a static pressure chamber d 'a conventional Pitot tube, not shown and thus continuously comminutes the static pressure via the passage 175 inside the capsules or the bellows 174.
<Desc / Clms Page number 20>
Attached to the housing 170 by means of screws 182 is a hollow cylindrical core 183 provided on its periphery with two parallel grooves intended to receive two windings 184 and 185 which correspond to the windings 162 and 163 of FIG. 2. In accordance with this figure, these windings are connected to each other in series and in phase opposition and are plugged by their output ends into the elevator control circuit. Inside the core member 183 is disposed a winding 186, movable linearly with respect to the windings 184 and 185 and carried by a coil-shaped core 187, integral with a connected sleeve 188. by means of a key 189 with a shaft 191 fixed to the end disc 191 carried by the outer capsule of the capsule assembly 174.
A conductor 192 connects winding 186 with a suitable source of alternating current, not shown.
The movable winding 186 is normally kept in a centered position with respect to the stator windings 184 and 185, so that equal and opposite voltages are induced in this latter winding and that no signal appears at the output of the stator windings. so-called windings. For this purpose, the free end of the shaft 173 is threaded to receive an adjusting nut 193, while a spring 194 is interposed between the rear cover 171 and the outer face of the first capsule.
In addition, the boss 172 has a longitudinal passage parallel to the axis of the shaft 173 and intended to receive a guide finger 195 carried by a disc 196 fixed to the first capsule, so that the adjustment of the nut 193 causes a linear displacement of the shaft 173 and the diaphragm assembly 174 with respect to the boftier 170. In this way, it is possible to adjust the centering of the winding 186 with respect to the fixed windings 184 and 185.
<Desc / Clms Page number 21>
It is now clear that the outward movement of the winding 185 achieves a more intense inductive coupling between this winding and the winding of the stator 185, so that a larger signal is induced in this latter winding than in the latter. 'winding 184, these two signals giving the. output a signal resulting from a determined phase, while the inward movement of the winding 186 gives rise to, a more intense inductive coupling between this winding and the winding 184, so that a greater signal is induced in this last winding only in winding 185 to give the. output a resulting signal of phase opposite to that obtained previously.
The interior of the housing 170 communicates with the static pressure prevailing in the chamber 178 via a channel 197 formed in the rear cover 171, a channel 198 formed in the housing 170 and a channel 199 whose orifice. is provided with a seat of conical valve 200, better visible in Figure 4. Inside the outlet opening inside said housing / is mounted an electromagnet housing 201 comprising a core 202 carrying an excitation coil 203 and which acts on a valve member 204 cooperating with the outlet orifice 200.
This electromagnet, when energized, moves the valve member 204 outwardly about a pivot point 205 to engage this member with the valve seat 200 and thereby close the communication between the valve seat 200. inside the housing and static pressure. The coil 203 corresponds to. the coil 156, via the switch 157. When this switch is open to remove the excitatioh of the coil 203, an elastic member 206 fixed to the electromagnet at one of its ends by the 'through a bolt 207 and connected by its other end to. the valve member 204 tends to. move the latter member away from the valve seat, eg 200 to open the communication between the housing and the static pressure chamber.
<Desc / Clms Page number 22>
In flight, the craft is driven to the desired altitude by keeping switch 157 open, which keeps coil 203 unenergized, so that equal pressures exist on opposite sides of bellows 174 and winding 186 remains. centered with respect to the two fixed windings 184 and 185.
To maintain the desired altitude, switch '157 is closed, cutting off communication between the interior of the housing 170 and the static pressure chamber 178, after which any change in pressure due to deviations of the craft. of the prescribed altitude, is manifested by the expansion or contraction of the bellows 174, linearly displacing the winding 186 with respect to the fixed windings 184 and 185, whereby a determined phase signal is produced at the terminals of the circuit of these two windings and applied to the control of the elevator.
If, after having maintained the machine for a certain time at a desired altitude, it is desired to change its altitude, switch 157 must be open to remove the excitation of coil 203 of the electromagnet, which causes the pressure equalization on the opposite sides of the capsule assembly and the return of the coil 186 to the normal position centered with respect to the coils 186 and 187. The machine is then placed in the up or down position. of descent by acting on the rotor 228 of the repeater device of the longitudinal slope signal which is rotated in one or the other direction.
Once the machine reaches the new desired altitude, it is returned to the horizontal position and the switch 157 is closed again; the altitude control device then maintains the machine at the new altitude in the manner described above.
In the event that the pilot wishing to change the altitude forgets to open the switch 157 and thus suppress the action of. control device before it performs the maneuver,
<Desc / Clms Page number 23>
according to the invention, a safety device is provided which prevents excessive expansion or contraction of the bellows. This device comprises a bypass channel 208 provided between the channel 198 and the interior of the housing 170.
The outer end of channel 208 is provided, as shown in, Figure 3, with a valve seat 209 against which is normally pressed a valve member 210 carried by an elastic blade 211, so that in under normal conditions, communication between the box and the bypass channel is closed. The elastic blade 211 is fixed to the bottom of the case by means of screws 112 and has a central opening 113.
A small diameter extension of the shaft 190 carrying the movable winding 186, passes into a bearing 214 formed in the housing and extends through the opening 213 in the blade 211. Two adjusting or limiting stroke nuts 215 and 216 are provided on the shaft 190 on either side of the blade 213, the end of this shaft being threaded for this purpose, the nut 216 being on the outer side of the blade 213 and the nut 215 located on the inside of this blade.
In addition, an adjustable stopper constituted by a screw 217 received in a threaded hole provided in the housing limits the movement of the elastic blade 211 towards the housing.
Thus, assuming that the coil 203 is energized, which causes the interior of the housing to be completely isolated from the static pressure chamber 178, a predetermined expansion of the capsule assembly depending on the initial position of the housing. 'nut 215 will force this nut into engagement with the elastic blade 211 to lift the valve 210 from its seat 209 and thus open the communication between the housing and the static pressure, thanks to. whereby the pressures on the opposite sides of the capsule device equalize, preventing
<Desc / Clms Page number 24>
thus any expansion of this set.
If oh assumes the same conditions as before, that is to say the box 170 isolated from the static pressure chamber 178 and that a rapid pressure drop occurs following a rise of the machine for example, this pressure drop imparted within the capsule assembly causes the capsule assembly to contract to a predetermined limit depending on the initial adjustment of nut 216, which, when that limit is reached , engages the elastic blade 211 to pull the central part of this capsule towards the lower part,
which causes the bending of this blade around the pivot formed by the stop 217 and the separation of the end of the blade from the valve seat thus causes the opening of the passage 208 restoring the equality of the pressures on the valves. opposite sides of the bellows 174.
It will be clear from the foregoing to those skilled in the art that the invention thus provides a new altitude control system for airship airships, a device suitable for use in association with an automatic pilot system to complete the control device of the airship. rudder.] of depth being part of such a system. ° thanks to suoi the;:,; It can be maintained not only in a horizontal flight attitude, but also at a desired altitude.
In addition, the device according to the invention comprises a safety measure to prevent the. damage to the control device which could otherwise result if the altitude of a machine is changed in order to disconnect and render inoperative the altitude control device.
The invention moreover provides per-
EMI24.1
ià.i; 1, ucic a i'cnc't: iN1-
EMI24.2
T'Cr.: ", Ei, - ,:) '1tj rice 1 = #J' e 'Q c'! C -., - 1. - - -. I,.,.,. ¯, .v J. '.: ...: ... 1 .... -.i.¯ \ 1l u
<Desc / Clms Page number 25>
ac excitation currents and producing control values in the form of ac voltages which are fed into the also ac current control circuit of the rudder control device. depth.,
to be combined there with the input of a thermionic amplifier or similar with the signals of alternating current voltage produced by - The apparatus of reference of angular position of the machine with respect to its tangent axis as well as by a signal generator device servo driven by the servo motor.
Finally, the invention provides a device for controlling the elevator as a function of the variations in altitude which can form part of a complete automatic piloting device of an angina :, this control device being established to produce a AC electrical signal, of the same frequency as the signals produced by the position reference device and the servo device forming part of this control.
It is understood that the invention is not limited to the embodiments shown and described above, r can undergo various modifications and changes in the shape and the relative arrangement of the parts without going beyond its scope or deviating from his mind.