<Desc/Clms Page number 1>
L'invention est relative aux compas pour contrôler les mécanis- mes de direction ou de gouverne automatique destinés à maintenir les engins de navigation aérienne et marine dans une route prédéterminée. De tels com- pas seront dénommés ci-après "servo-compas" afin de les distinguer des compas ne donnant qu'une indication visuelle de direction.
Un objet de l'invention est de simplifier et de réduire le coût des servo-compas pour le pilotage automatique sur des engins sujets au tan- gage et au rouliso
Un autre objet de l'invention est d'accroître la sensibilité d'un servo-compas de type -optique.
D'autres objets et particularités encore de l'invention ressor- tiront de la description qui suit.
L'invention se rapporte à un type très employé de servo-compas utilisant un système optique dans lqquel un.faisceau ou pinceau de lumière est projeté par delà un bord radial de la rose de compas,, sur un tube photo- électrique,, de manière qu'une modification dans la direction de l'engin fasse varier la quantité de lumière atteignant le tube photo-électrique, en faisant varier ainsi le débit du tube.. pour actionner un système de gouverne à moteur dans une direction telle que l'engin est ramené dans sa route.
Dans tous les servo-compas antérieurs connus de la demanderesse. l'ensemble du compas a été suspendu à la Cardan de manière que le roulis de l'engin ne modifie pas l'angle vertical entre la rose du compas et le faisceau ou pinceau lumineux. étant reconnu que de telles modifications introduisaient des erreurs.
Il était évident qu'une simplification et une réduction du coût pourraient être obtenues en éliminant la suspension à la Cardan, mais il était impossible de réaliser ceci avec les systèmes optiques connus.
La présente invention permet l'élimination de la suspension à la Cardan par introduction d'un nouveau système optique n'engendrant pratiquement pas d'erreurs en réponse aux changements survenant dans l'angle vertical entre le système optique et la rose de compas. Comme résultat, seule la rose du compas doit être supportée de manière à conserver une position horizontale. le reste du compas étant rigidement fixé à l'engin.
Le nouveau système optique diffère du système optique ancien par l'emploi d'une pluralité de pinceaux lumineux et d'une pluralité de bords coopérants à la rose les pinceaux et les bords étant distribués de manière telle autour de l'axe de compas que l'inclinaison du compas à partir d'une position normale dans un sens tel qu'elle accroît l'interception d'un pinceau par le bord associé de la rose du compas, fait décroître l'interception d'un ou d'autres pinceaux, en ne produisant de ce fait aucun changement net sérieux dans la lumière totale atteignant la cellule photo-électrique. Le résultat peut s'obtenir avec deux pinceaux espacés de 90 autour de l'axe du compas ou avec trois ou un plus grand nombre de pinceaux symétriquement espacés autour de l'axe.
L'invention pourra être bien comprise à l'aide de la description qui va suivre en relation avec les dessins sur lesquels :
Figo 1 est une vue en coupe verticale dans un servo-compas conforme à l'invention. les parties se trouvant en position normale
Figo la est une vue analogue à la figo 1. mais montrant les positions relatives des parties lorsque le bâti de l'appareil est incliné hors de la position verticale normale ;
Figo 2 est une coupe transversale horizontale par le plan II-II de la fig. 1 ;
Fige 3 est une coupe transversale suivant le plan III-III de
<Desc/Clms Page number 2>
la fig. 1. montrant la relation normale entre la rose du compas et les pinceaux lumineux ;
Fig. 4 est une coupe transversale suivant le plan IV-IV de la fig. la montrant la relation de la rose du compas et des pinceaux lumineux lorsque l'axe du compas est incliné hors de la position verticale normale;
Fig. 5 est une vue en plan d'une variante de repose de compas ;
Fige 6 est une vue analogue à la fig. 1. montrant une variante de la structure représentée sur cette figure ;
Fig. 7 est une coupe transversale suivant le plan VII-VII de la fig. 6 ; et.
Figo 8 est une vue analogue aux figs. 1 et 6 montrant encore une autre variante.
En se référant tout d'abord à la fige la le servo-compas qui y est illustré comprend un bâti 10 ayant un axe normalement vertical et consistant en des sections d'habitacle supérieure et inférieure 11 et 12 respectivement. unies ensemble par des boulons 13. lesquels boulons servent également à assujettir une cuvette de compas 14, dans une position fixe par rapport au bâti. Ainsi la cuvette de compas 14 est formée de deux moitiés.
14a et 14b. chacune d'elles pratiquement semi-sphérique et comportant une bride équatoriale s'étendant vers l'extérieur. lesquelles brides 15 sont pressées ensemble entre des brides correspondantes 16 aux extrémités jointives des sections d'habitacle 11 et 12, respectivement.
La cuvette de compas 14 contient une rose de compas 17 qui est supportée à pivot en son centre, de la manière usuelle. par une pointe ou aiguille de pivot dressée,, 18. qui s'étend à partir d'un socle 19 fixé à la moitié inférieure de la cuvette 14. La rose 17 peut être formée de toute matière magnétique permanente, magnétisée de façon à s'orienter d'elle-même dans le champ magnétique terrestre.
La cuvette 14 est pratiquement remplie d'un liquide 20 (conformément à la pratique usuelle) pour amortir les mouvements de la rose de com- pas 17 en réponse au roulis de l'engin sur lequel le compas est montéo
Le bâti 10 doit être assujetti rigidement par sa base à l'engin sur lequel il est utilisé. de façon à se mouvoir en tous sens avec lui.
Comme il est montré fig. 3. la rose de compas 17 comporte quatre lames 17a ayant des bords radiaux actifs 22.22.24 et 25, chacun d'eux occupant la portion marginale en avant dans le sens des aiguilles d'une montre de sa lame associée 17a. La largeur des lames n'est pas un facteur critique. mais elles sont représentées d'une amplitude d'arc de 45 afin de procurer des arcs de lames correspondant aux arcs entre les lames. Les bords 22.23.24 et 25 sont normalement placés en position d'interception partielle par rapport à quatre pinceaux de lumière identiques 26, projetés verticalement par delà la rose à partir d'un dispositif projecteur de faisceau porté par le bâti.
En référence à la fig. 1, le dispositif projecteur de faisceau comprend une source de lumière 30. qui est montrée constituée par une lampe montée dans l'extrémité supérieure de l'habitacle 10. un réflecteurannulaire 31. et un moyen de "blocage" de lumière 48 placé en dessous. Ainsi, une portion de la lumière émise par la lampe 30 est réfléchie par le miroir cônique 31 sous forme d'un faisceau creux vertical 32o Ce faisceau 32 est intercepté par le moyen de blocage 48 constitué par une paire de plateaux 33 et 34 fixés ensemble à un moyeu 35. lequel est supporté sur un axe vertical 36 s'étendant à partir de l'extrémité supérieure de la cuvette de compas 14.
Ces plateaux 33 et 34 sont formés d'une matière opaque, mais comportent
<Desc/Clms Page number 3>
quatre fenêtres 37 superposées l'une à l'autre et espacées de 90 autour de l'axe du bâti 10. de sorte que les plateaux bloquent toute la lumière dirigée vers le bas dans leur direction sauf aux ouvertures des fenêtres 37. qui permettent le passage des pinceaux 26 dont il a été question en rela- tion avec la figo 3.
Le plateau inférieur 34 est représenté pourvu d'une denture le long de son bord engrenant avec une vis sans fin 40 (figo 2). laquelle peut être amenée en rotation à l'aide d'un arbre flexible 41 à par- tir d'un point de contrôle éloigné à l'effet d'ajuster l'orientation des pinceaux 26 autour de l'axe du bâtio
Les quatre pinceaux 26 pénètrent la moitié supérieure de la cu- vette 14. passent la rose 17. et traversent la moitié inférieure de la cu- vette 14 sans modifier leur direction. En dessous de la cuvette 14 ils vien- nent frapper des moyens collecteurs de lumière représentés par une lentille
44 qui les réfractent sur une cellule photo-électrique 45 disposée dans la partie inférieure du bâti 10.
La cellule photo-électrique 45 comporte des conducteurs électriques 46 qui peuvent être prolongés jusqu'à un dispositif de gouverne automatique répondant aux variations du courant qui lui est fourni.
Les moitiés supérieure et inférieure 14a et 14b de la cuvette de compas 14 sont établies chacune avec une face annulaire plane 50 située dans le trajet des,, et perpendiculaire aux pinceaux lumineux 26. quelle que soit l'orientation des pinceauxo Par suite aucune réfraction des pinceaux de lumière ne se produit aux points d'entrée et de sortie de la cuvette 14.
D'une manière analogue, aucune réfraction ne résulte du passage des pinceaux de lumière entre la surface interne de la cuvette 14 et le liquide 20 qui l'occupe malgré l'angle de valeur élevé entre les pinceaux lumineux et la surface interne de la cuvette, car le liquide 20 et la matière de la cuvet- te sont choisis de façon à avoir pratiquement le même indice de réfraction.
Ainsi. la matière de la civette peut être de l'acétate de celluloseet le liquide 20 peut être du pétrole (kérozène) ayant tous deux un indice de réfraction d'environ 1.5.
Il ressort de la description qui précède que toute déviation de sa route,. de l'engin auquel le bâti est fixée déplace le reste de l'en- semble du compas par rapport à la rose de compas 17.c'est-à-dire soit en accroissant soit en décroissante dans le même sens la mesure dans laquelle tous les bords actifs22. 23. 24 et 25 interceptent les quatre pinceaux lumineux 26o Ceci modifie la quantité totale de lumière tombant sur la cellule photo-électrique 45 et détermine une modification du courant électrique s'écoulant dans les conducteurs 46 au mécanisme de gouverne.
Ainsi qu'il est bien connue le mécanisme de gouverne est établi de manière à modifier la route de l'engin dans un sens tel qu'il le ramène dans sa position première grâce à quoi l'intensité de la lumière tombant sur la cellule 45 est ramenée à la normaleo
On va examiner maintenant ce qui se produit lorsque l'axe du bâti 10 est déplacé dans diverses directions à partir de la verticale.
Il ressort de l'examen de la fig. 3.que si l'axe vertical bascule soit autour de l'axe X-X. soit autour de l'axe Y-Y. la mesure dans laquelle les pinceaux 26 sont interceptés ne sera pas modifiéeo
En référence à la fig. 4. on supposera que le bâti 10 bascule autour de l'axe Z-Z intermédiaire entre les axes X et Yo La figo 4 montre la roue de compas et les pinceaux ainsi qu'on pourrait les observer en regardant suivant l'axe du bâti 10 la rose étant maintenant vue en perspective au lieu d'être observée en plan,, et étant raccourcie dans la direction perpendiculaire à l'axe Z-Z, Ceci déplace la paire de pinceaux 26 associés aux bords 22 et 23 en les écartant de ces bords,
mais déplace également les pinceaux associés auc bords 24 et 25 plus avant dans ces bordso L'accroissement de la quantité de lumière passant par délà les bords 22 et 23 à la
<Desc/Clms Page number 4>
cellule photo-électrique est pratiquement neutralisée par la réduction de la quantité de lumière passant aux bords 24 et 25, de sorte qu'une condition de roulis telle que montrée figo 4 ne détermine pas un fonctionnement erroné de l'appareil de gouverne.
Cependant il ressort de l'examen de la fig. 4 que dans les systèmes antérieurs n'utilisant qu'un seul faisceau, la quantité de lumière atteignant la cellule photo-électrique aurait été notablement modifiée en réponse au roulis du compas autour de l'axe Z-Z, soit par accroissement. soit par réduction de la quantité de lumière. Il résulte également de l'examen de la fig. 4 que deux seulement des pinceaux lumineux doivent être em- ployés pour produire l'effet compensatoire, mais qu'ils doivent être séparés de 90 . Ainsi, les deux pinceaux associés à deux quelconques bords adjacents 23 et 24, ou 24 et 22, 22 et 25, ou 25 et 23, produisent des effets se neutralisant mutuellement en réponse au roulis.
Il est ordinairement désirable d'utiliser quantre pinceaux et quatre bords comme montré dans les figsa 3 et 4, au lieu de n'employer que deux pinceaux et deux bords, et cela pour deux raisonso Une des raisons est que la variation totale dans la lumière venant frapper la cellule 45 est accrue, et par suite la sensibilité dans l'ensemble est augmentée. L'autre raison est que dans le cas d'une violente agitation, toute la rose de compas 17 pourrait être décentrée par rapport au pivot 18 qui est situé dans l'axe du bâti.
Un tel déplacement produirait une erreur notable si deux bords adjacents seulement, tels que les bords 23 et 24, étaient utilisés, mais lorsque tous les quatre bords 22. 23. 24 et 25 sont employés, le mouvement d'ensemble de la rose dans une direction quelconque tend à accroître deux pinceaux dans la même mesure que les deux autres sont réduits.
Lorsque l'espacement entre les bords de la rose interceptant la lumière est de 90 . on peut utiliser soit deux bords et deux pinceaux, soit quatre bords et quatre pinceauxo Cependant, l'invention n'est pas limitée à un espacement de 900 des bords. Tout nombre de bords plus grand que 2 peut être utilisé.. auquel cas ils seront tous également espacés autour du centre de la rose. Ainsi, comme montré fig. 5. un système à trois pinceaux peut être employé, utilisant trois bords 60 qui interceptent trois pinceaux 61.
On a constaté qu'avec cet agencement, une déviation de l'axe du bâti à partir de la verticale dans une direction quelconque, tend à accroître ou à réduire l'interception d'un ou de deux pinceaux, mais avec une réduction ou un accroissement correspondant de l'interception des autres ou de l'autre pinceau, de sorte que la quantité totale de lumière atteignant la cellule photo-électrique reste pratiquement inchangée.
Le nombre optimum de pinceaux et de bords à utiliser dépend de diverses circonstances. Lorsque le compas doit être employé sur un petit engin, qui peut être sujet à des modifications rapides de sa route, un-petit nombre de pinceaux est désirable car dans ce cas les lames de la roue peuvent avoir une amplitude d'arc notable, et les espaces entre les lames peuvent également être d'amplitude d'arc notable, en sorte qu'un très grand mouvement angulaire du compas sera nécessaire pour déplacer les pinceaux 26 en travers des lames et les amener en relation de fonctionnement avec les autres bords de celles-ci. Naturellement si ceci se produisait. le compas travaillerait à l'envers et serait inopérant quant à procurer un résultat utile quelconque.
D'autre part, pour des bâteaux ou navires relativement grands et stables, où des changements rapides de route sont pratiquement impossibles, un grand nombre de pinceaux plus rapprochés peut être utilisé à l'effet de procurer une sensibilité accrue,
Il est désirable qu'il n'y ait pas d'air libre dans la cuvette du compas 14. car. en cas d'une violente agitation, cet air pourrait se mélanger avec le liquide et interférer avec les propriétés optiques de celuici.
Il est par suite désirable de prévoir dans la cuvette 14 du compas, en tout point ou emplacement convenable, une petite masse 47 de matière compres-
<Desc/Clms Page number 5>
sible élastique (comme par exemple du caoutchouc ou néoprène cellulaire) qui est imperméable au liquide employée Ceci permet l'expansion et la con- traction différentielle entre le liquide et la cuvette 14 par compression ou dilatation de la masse compressible élastiqueo
Diverses modifications de la structure particulière montrée figo 1 pourrait être apportées.. en obtenant encore l'immunité désirée quant aux erreurs.
Ainsi il ressort de la description qui précède que l'immunité quant aux erreurs résulte de l'emploi d'une pluralité de bords de contrôle sur la rose de compas et divers changements peuvent être faits dans le sys- tème optique particulier montré fig. 1 tout en utilisant encore cette par- ticularitéo
Ainsi, comme montré figo 6. les moyens de blocage de lumière 48 peuvent être disposés en dessous de la cuvette de compas 14 au lieu d'être placés au dessus d'elle. Avec un tel agencement on peut prévoir un écran
63 interposé entre le réflecteur 31 et la cuvette de compas 7.la,9 pour bloquer toute lumière émanant de la lampe 30 et du réflecteur 31 et projetée vers le bas. sauf le faisceau cylindrique creux 32.
Comme montré figo 7. l'écran
63 peut consister en un corps de matière transparente,, comme du verre ou une matière plastique, qui comporte des recouvrements 63a et 63b en une pein- ture opaque ou analogue, délimitant une étendue annulaire libre 64 dans le trajet du faisceau désiré 32.
Ce faisceau 32 est directement projeté sur la rose de compas
17. et passe au delà sur les moyens de blocage de lumière 48. où toutes les portions du faisceau ayant passé la rose 17 sont bloquées sauf celles at- teignant les ouvertures 37 (figo 2)o Il est apparent que dans le fonction- nement normal,,, les bords de travail de la rose de compas 17 occupent les mêmes positions relativement aux ouvertures 37 que celles qu'ils occupaient dans la structure de la figo 1. cette relation étant montrée par les figso 3 et 4. Les pinceaux résultants passant à travers les ouvertures 37 sont réfléchis par un miroir annulaire 67 sur la cellule photo-électrique 45. le miroir 67 remplissant la même fonction que la lentille 44 de la figo 1.
On observera que dans la figo 6 la cuvette 14 est de forme cylindrique au lieu d'être sphérique comme dans la figo 1. Une cuvette sphérique constitue la forme la plus parfaites car engendrant moins de turbu- 1 ence dans le liquide qui s'y trouve en cas de rouliso Cependant on a constaté en pratique que des cuvettes non sphériques ne comportent pas.. en usage courant, de caractéristiques de turbulence prêtant à objection et sont à divers points de vue plus aisément réalisables.
Ainsi.. lorsqu'une cuvette cylindrique est utilisée comme montré fig. 6. la lumière entre et quitte la cuvette.. d'une façon pratiquement perpendiculaire aux faces terminales de celle-ci de sorte qu'il n'en résulte aucune réflexion ou réfraction inacceptableo
Une autre modification encore de la structure de la figo 1 est représentée figo 8. Dans cette variante on utilise une cuvette cylindrique 7.la.9 la même que celle montrée figo 6. mais les moyens de blocage de lumière 48 sont placés au dessus de la cuvette de même que dans la fig. 1.
Cet agencement diffère tant de la figo 1 que de la figo 6 par l'emploi d'un système générateur de faisceau différent qui dirige les pinceaux par delà la rose de compas 17 d'une manière convergente., directement sur la cellule photo-électrique 45.de sorte qu'aucune lentille ou miroir ne doit être prévu en dessous de la cuvette du compas.
L'agencement de la fig. 8 diffère essentiellement tant de celui de la figo 1 que de celui de la figo 6. par le fait qu'il utilise un système optique distinct pour former chaque pinceau au lieu d'utiliser l'unique miroir conique 31. Ainsi, pour chaque pinceau, il est prévu dans le plan horizontal de la lampe 30 un miroir plan séparé 70 qui est incliné de manière à diriger la lumière de la lampe 30. qui en est interceptée, à travers l'ou-
<Desc/Clms Page number 6>
verture 37. au delà de la rose de compas 17. et directement sur la cellule photo-électrique 45 Pour accroître la quantité de lumière qui est concentrée sur les bords actifs de la rose de compas 17. on peut utiliser une paire de lentilles de condensation 71 et 72.
La lentille 71 peut être une len- tille sphérique de courbure telle qu'elle tend à concentrer la lumière de la lampe 30 qui l'atteint en un faisceau parallèle. D'autre part. la lentille 72 est de préférence une lentille cylindrique concentrant la lumière en un faisceau relativement étroit et long à l'emplacement du plan de la rose de compas 17 On accroft ainsi la sensibilité sans réduire la quantité totale de lumière qui est contrôlée.
Chacun des ensembles constitués par la lentille 71. le miroir 70 et la lentille 72. peut être supporté à l'aide d'une console 74 par le dispositif de blocage de lumière 48. de manière que lors d'un ajustement circulaire du dispositif de blocage de lumière 48 il déplace avec lui les lentilles et des miroirs qui forment les pinceaux lumineux.
Comme les pinceaux entrants et sortants de la cuvette de compas 14 sont inclinés d'un certain angle sur les faces supérieure et inférieure de la cuvette,, il se produit une certaine réfraction comme indiqué figo 8. mais cette réfraction est constante, et il peut aisément en être tenu compte dans l'établissement de l'appareil. de sorte qu'elle ne prête pas à objectiono
Bien que pour l'explication de l'invention certaines réalisa tions particulières de celle-ci aient -été représentées et décrites. des modifications évidentes pourront apparaître aux gens de métier et l'invention n'est donc pas limitée aux détails exacts représentés et décrits.
REVENDICATIONS.
1. Un compas,, en particulier un servo-compas. du type comportant un dispositif optico-électrique dans lequel la lumière projetée par une source montée sur le bâti du compas. sur un élément photo-électrique également monté sur le dit bâti. est interceptée de façon variable par un bord radial de la rose de compas. de manière que l'illumination et par suite le débit électrique de l'élément photo-électrique soit une fonction de l'angle entre le dit bord radial de la rose de compas et une direction fixe (normalement horizontale) du bâti. caractérisé en ce que. à l'effet d'éliminer l'erreur due au non-alignement de l'axe du bâti du compas et de l'axe de la rose de compas.
la lumière projetée sur l'élément photo-électrique est li- mitée à une pluralité de pinceaux séparés, angulairement espacés autour de l'axe du bâti, la rose de compas étant pourvue de bords radiaux d'intercep- tion de lumière (22.23.24.25), égaux en nombre et analogues quant à l'agen- cement aux dits pinceaux, orientés de manière que chaque bord intercepte. normalement de façon partielle, un des dits pinceaux, de telle sorte qu'en cas de défaut d'alignement entre les dits axes. dû en particulier au mouvement de l'engin sur lequel le compas est installé, la variation résultante totale de la quantité de lumière interceptée dans tous les pinceaux par les bords radiaux associés de la rose de compas, soit automatiquement nulle.