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MEMCDIRE DESCRIPTIF MÉMOIRE DEPOSE A L'APPUI D'UNE DEMANDE DE BREVET
DESCRIPTIFFORMEE PAR
THE GENERAL ELECTRIC COMPANY P. L. C. pour Indicateur de pente d'approche à vue pour avion.
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Demande de brevet anglais n 8227083 du
22 septembre 1982 en sa faveur.
La présente invention concerne des indicateurs de pente d'approche à vue pour avions à utiliser sur des aérodromes. Jusqu'à présent, ces indicateurs de pente du type à transition nette, par exemple les dispositifs GEC des types ZA737/2 et ZA757/2 utilisaient deux ou trois sous-ensembles comprenant chacun
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un bloc de focalisation à lampe et réflecteur, un filtre au foyer et une lentille formant le faisceau qui donne une largeur de faisceau d'environ 15 . Ce système, tout en fonctionnant de manière satisfaisante, offre certains inconvénients. Le bloc doit être rigide et comme il a nécessairement une longueur de plus d'un
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mètre et une largeur de près d'un mètre si on utilise m e e les éléments standards, son poids est très substantiels.
Une telle masse est dangereuse pour un avion qui peut accidentellement l'accrocher. Il est important que tout le bloc soit d'une fragilité compatible avec une durabilité et une rigidité raisonnables.
A moins qu'on utilise un grand réflecteur, les indicateurs de pente d'approche à vue classiques ne peuvent fournir qu'une ouverture de faisceau limitée. De plus, des indicateurs de type classique ne peuvent fournir qu'un choix restreint de distributions polaires.
L'invention a pour but d'éviter ou d'atténuer au moins certains de ces inconvénients et de procurer un indicateur de pente d'approche à vue économique et sûr.
Suivant l'invention, un indicateur de pente d'approche à vue pour avion comprend un dispositif d'éclairage, un dispositif formant le faisceau, un dispositif de focalisation pour focaliser de manière diffuse la lumière provenant du dispositif d'éclairage à travers le plan focal du dispositif formant le faisceau, et un dispositif de filtrage en couleur placé dans le plan focal et présentant une transition de bord de filtre placée au foyer diffus du dispositif de focalisation de telle façon que la couleur perçue du faisceau provenant du dispositif formant le faisceau subisse une transition nette lorsque l'angle de l'approche passe par une valeur particulière, caractérisé
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en ce que le trajet optique entre le dispositif d'éclairage et le dispositif formant le faisceau est brisé ou renvoyé par un réflecteur.
Le faisceau provenant du dispositif d'éclairage peut être focalisé directement sur le plan ou par un réflecteur séparé décalé de ce plan. Dans le premier cas, le dispositif de filtrage en couleur est de préférence placé sur le réflecteur qui sert à briser le trajet optique et permet ainsi de réduire la longueur de l'indicateur.
Le dispositif d'éclairage comprend de préférence une source lumineuse en combinaison avec un réflecteur de focalisation. Le dispositif d'éclairage peut comprendre une autre source lumineuse décalée du point focal du réflecteur mais située de préférence approximativement sur son axe optique, produisant ainsi un faisceau divergeant plus fortement du dispositif de focalisation de faisceau tout en préservant la transition de couleur nette. L'autre source lumineuse peut être une source lumineuse répartie.
Le dispositif de filtrage en couleur peut comprendre deux ou plus de deux transitions de bord de filtre parallèles séparant des moyens de filtrage de couleurs différentes pour fournir une indication graduée de l'angle d'approche à l'avion.
Un indicateur de pente d'approche à vue pour avion conforme à l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : la Fig. 1 est une vue schématique d'un bloc indicateur connu ; les Fig. 2 et 3 sont des vues de face et en élévation de côté de ce bloc connu ; les Fig. 4 et 5 sont des schémas de deux formes d'exécution conformes à l'invention ;
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la Fig. 6 est une vue schématique d'un dispositif d'éclairage à utiliser dans les formes d'exécution des Fig. 4 et 5, et la Fig. 7 est une vue schématique d'un autre dispositif d'éclairage à utiliser dans les formes d'exécution des Fig. 4 et 5.
Des chiffres de référence correspondants sont utilisés pour indiquer des éléments semblables dans les diverses figures.
En ce qui concerne la réalisation connue représentée sur la Fig. 1, une source lumineuse 1 est montée dans un réflecteur 3, la lumière de la lampe étant dirigée vers un filtre rouge 11 et une lentille 7 formant le faisceau. Le filtre comporte un bord horizontal interceptant l'axe optique 13 dans le plan focal 5 de la lentille 7 formant le faisceau. Le pilote, qui se trouve à une grande distance, reçoit un faisceau de lumière parallèle étroit 9 qui provient d'un point focal dans le plan 5, la position verticale de ce point variant en relation inverse avec la position du pilote. Lorsque le pilote se trouve sur l'axe optique, le foyer du faisceau se trouve sur la transition de l'arête du filtre. Lorsque le pilote se trouve au-dessus de l'axe optique, le foyer du faisceau se trouve en dessous du filtre et le faisceau 9'est blanc.
Lorsque le pilote se trouve au-dessus de l'axe optique, le foyer du faisceau se trouve au-dessus de l'arête du filtre et le faisceau 9"est rouge.
Des indicateurs de pente d'approche pour avions doivent pouvoir être mis en oeuvre dans une variété de conditions de climat et de température. La lentille 7 est, par conséquent, exposée à de la condensation qui dégrade évidemment son pouvoir de focalisation. Il est, par conséquent, courant de prévoir un dispositif de chauffage de lentille 15 pour éliminer la
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condensation en vue de permettre un démarrage rapide à froid.
Une autre particularité des dispositifs indicateurs connus est la présence d'un dissipateur thermique 17 monté contre la lampe 1 pour dissiper la quantité de chaleur substantielle produite pendant le fonctionnement.
Comme le montre la Fig. 2, trois montages de lampe/filtre/lentille complets sont habituellement prévus dans chaque bloc afin d'introduire un facteur de redondance utile en cas de défaillance de lampe. Les organes de montage de la lampe, du filtre et de la lentille sont préalignés avec précision pour pouvoir être remplacés sur place, des couvercles d'accès 19 indiqués sur la Fig. 3 étant prévus à cet effet.
Tout le bloc est monté sur trois pieds réglables qui sont normalement fixés dans du béton.
Dans un indicateur de trajet d'approche de précision (PAPI), une rangée éventuellement de quatre de ces blocs triples est montée de chaque côté de la piste, les angles des blocs (c'est-à-dire leurs axes optiques) augmentant de l'un à l'autre typiquement de 20 minutes d'arc de sorte que les deux blocs adjacents à la piste apparaissent rouges et les deux blocs extérieurs apparaissent blancs lorsque l'avion se trouve sur la trajectoire d'atterrissage correcte de 3 . Le pilote perçoit alors, de chaque côté de la piste, une gamme de lumières allant de quatre rouges à quatre blanches suivant qu'il est trop bas, un peu trop bas, correct, un peu trop haut ou trop haut.
La Fig. 4 illustre schématiquement un indicateur de pente d'approche à vue conforme à l'invention. Un dispositif d'éclairage comprenant un réflecteur 3 avec un profil composite et une source lumineuse compacte 1 montée au point focal du réflecteur produit un
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faisceau 22 dont l'intensité principale est concentrée dans un faisceau parallèle (indiqué par des lignes en traits interrompus 24) mais qui comporte aussi des composantes 26 et 27 divergeant sur un réflecteur sphérique ou parabolique convergent 21. Le réflecteur 21 focalise des rayons 24 sur le bord horizontal inférieur d'un filtre rouge 11 qui est placé au foyer d'une lentille plan-convexe 7 formant le faisceau.
Comme la partie centrale du réflecteur 3 est essentiellement parabolique et que les dimensions réelles de la source lumineuse 1 sont typiquement de quelques millimètres seulement (c'est-à-dire la dimension d'un filament de lampe) la composante 24'du faisceau est en substance parallèle et le dispositif d'éclairage 1,3 apparaît très éclatant à un pilote se rapprochant le long de l'axe optique de la lentille 7. La région extérieure 29 du réflecteur 3 est fortement convergente et est conformée de manière à diriger les rayons 26 et 27 par l'intermédiaire du réflecteur 21 sur la région 23 du plan focal de la lentille 7 formant le faisceau, cette région étant recoupée par le filtre rouge 11. La lumière provenant du dispositif d'éclairage 1,3 est donc focalisée de manière diffuse sur la région 23.
Des faisceaux 26'et 27'sont formés à partir des rayons 26 et 27 respectivement et sont focalisés aux bords de la région 23. Le faisceau 26' (qui est focalisé dans le filtre 11) est donc le faisceau rouge inférieur et le faisceau 27 est le faisceau blanc supérieur. Il convient de noter qu'un nombre infini de faisceaux présentant des angles intermédiaires est produit en des foyers intermédiaires dans la région 23.
En fait, la lumière provenant de la lentille 7 et vue par le pilote d'un avion distant en approche parait rouge si elle est vue d'un endroit situé en dessous de l'axe optique de la lentille 7 et blanche si elle est vue d'un endroit
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situé au-dessus de cet axe optique car non seulement le foyer correspondant au faisceau inférieur donne un faisceau rouge, mais tous les autres foyers dans la zone focale 23 située au-dessus de l'axe optique interviennent également. Quoique les faisceaux rouge et blanc se chevauchent dans l'espace, les distributions des angles des rayons dans les faisceaux ne se chevauchent pas de sorte qu'un pilote situé à distance aperçoit une transition nette lorsque son angle d'observation passe à zéro par rapport à l'axe optique.
Il est à noter que les limites 26 et 27 du faisceau sont déterminées par la divergence du faisceau diffus 23 à partir du dispositif d'éclairage 1,3. La répartition de l'intensité de la lumière provenant de la lentille 7 est déterminée par les dimensions relatives de la partie parabolique centrale 3 et de la partie extérieure convergente 29 du réflecteur 3 ainsi que par le profil exact de la partie 29. La partie 29 ne doit pas être nettement définie, par exemple le réflecteur 3 peut avoir un profil elliptique, le degré de déviation relatif de la forme parabolique déterminant l'intensité des composantes désaxées de la lumière provenant de la lentille 7.
En pratique, on peut déterminer le profil requis pour le réflecteur 3 jusqu'à une première approximation en dessinant le réflecteur 21, le filtre 11, la source lumineuse 1 et la lentille 7 en traçant des paires parallèles de rayons telles que 24', 26'et 27'à partir de la lentille 7, en dérivant les rayons reliant le réflecteur 21 et le réflecteur 3 et en construisant pour la lentille 3 un profil qui réfléchisse les rayons dérivés sur la source 1. On peut alors construire un prototype pour le réflecteur 3 avec des fentes adéquates (pour que des parties différentes du réflecteur puissent être pliées de manière indépendante) et on construit un prototype P. A. P. I. On peut
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alors obtenir la répartition requise de la lumière en pliant les parties à fentes du réflecteur 3.
On peut déterminer la contribution d'une partie quelconque du réflecteur à la distribution de lumière globale en mesurant la distribution de la lumière avant et après occultation de cette partie particulière. Dans la réalisation représentée aux dessins, la divergence du faisceau dépend du profil du réflecteur 3, mais dans certaines situations, un faisceau diffus adéquat 22 peut être produit par une source lumineuse éclatante relativement grande (par comparaison à sa distance focale) et par un réflecteur en substance sphérique 3, la source lumineuse étant placée au foyer du réflecteur.
Etant donné qu'il s'agit d'un système reflex, le bloc a une longueur totale approximativement égale à la moitié de la longueur de celle du bloc de type classique représenté sur la Fig. 1 et est par conséquent beaucoup plus léger, moins onéreux et plus rigide. De plus, la chaleur de la lampe 1 évite toute condensation sur la lentille 7.
La netteté de la transition est la même que celle qui est actuellement fournie par une réalisation telle que représentée sur la Fig. 1.
Etant donné que le réflecteur postérieur 21 est dépourvu de trou central lui permettant de recevoir la lampe, une lentille plus petite 7 peut être utilisée (d'environ la moitié du diamètre de celles généralement utilisées) pour obtenir la même zone éclairée (candelas) que dans des conditions normales.
Cette petite lentille, outre qu'elle est moins onéreuse, présente une masse nettement plus petite (1/6 à 1/8) pour la même longueur focale et, par conséquent, elle s'échauffe plus rapidement pour disperser la condensation qui dans certaines conditions climatiques
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pose un problème sérieux nécessitant l'utilisation de dispositifs de chauffage de lentille spéciaux tels que celui indiqué en 15 sur la Fig. 1. Sur la Fig. 4a, un déflecteur de chaleur de 3 est représenté et dirige un flux d'air chaud sur la lentille 7, rendant ainsi l'utilisation de dispositifs de chauffage inutile, économisant de l'énergie et simplifiant le circuit.
Le réflecteur postérieur 21 peut présenter un profil de longueur focale comparable à celle de la lentille 7. Par conséquent, la position de la lampe n'est pas aussi critique que dans des réflecteurs classiques de courte distance focale.
Le réflecteur postérieur 21 étant peu profond, il peut être facilement embouti dans de la tôle, ce qui permet de réaliser des économies significatives par rapport aux réflecteurs repoussés au four classiques.
L'entretien par remplacement de cet élément est à présent une suggestion économique.
Dans un autre agencement semblable représenté sur la Fig. 5, le filtre 11 coïncide avec le réflecteur postérieur 21 ou fait corps avec celui-ci ce qui simplifie encore le bloc. Le faisceau diffus 22 est focalisé directement sur le plan focal de la lentille 7. Un filtre en couleur 11 est monté sur un réflecteur postérieur 21 dans ce plan. Lorsqu'il est ainsi utilisé, la courbure du montage du réflecteur et du filtre peut servir à compenser la détérioration désaxée de la transition normalement subie et provoquée par des aberrations de la lentille.
La courbure du réflecteur postérieur 21 est propre à assurer que des rayons provenant d'un observateur désaxé et allant jusqu'à la limite du diagramme polaire azimutal et vertical soient toujours dirigées sur le réflecteur 3 de la lampe ; par conséquent, les limites 26 et 27 du faisceau provenant de la lentille 7
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sont définies au moyen du réflecteur 3 et la lentille paraît éclatante sur toute la gamme polaire. Ceci n'a pas été possible jusqu'à présent.
En choisissant convenablement les profils du réflecteur postérieur et du réflecteur de la lampe, on peut réaliser une large gamme de distribution de lumière polaire pour satisfaire des besoins variés.
Des particularités supplémentaires de cette réalisation optique sont les suivantes : (a) il n'y a pas de pupille de sortie et, par conséquent, le personnel ne risque pas de se brûler, ce risque exigeant normalement la hotte en saillie vers l'avant sur les Fig. 2 et 3 ; (b) des réductions de poids significatives par rapport aux types existants, ce qui est très important pour réduire au minimum les dommages de l'avion dans le cas d'une collision ; (c) les réflecteurs et les filtres fonctionnent à froid, éliminant les détériorations et la fissuration ; (d) des porte-lampes standards peuvent être utilisés et l'enceinte peut être employée comme dissipateur de chaleur pour la lampe.
Comme la source lumineuse a effectivement les dimensions du réflecteur de lampe 3, on peut utiliser pratiquement n'importe quel type de dispositif d'éclairage, par exemple des lampes d'automobiles alimentées par batterie, des panneaux luminescents, des lampes à décharge, des lampes de signalisation, des lampes domestiques à filament ou même des lampes à gaz en bouteille sans qu'il faille modifier l'optique de base et tout en conservant la transition de base.
Deux ou trois sources lumineuses disposées les unes à côté des autres peuvent être utilisées pour améliorer davantage le rendement désaxé et de plus pour
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offrir des possibilités de réserve en cas de défaillance d'une lampe ce qui permet donc de réduire le nombre de blocs habituellement nécessaires pour fournir cette possibilité de réserve.
Cependant, des dispositifs d'éclairage particulièrement avantageux sont illustrés sur les Fig. 6 et 7. Le dispositif d'éclairage représenté peut remplacer le dispositif d'éclairage 1, 3 dans l'indicateur de pente d'approche à vue de la Fig. 4. Comme le montre la Fig. 6, le dispositif d'éclairage comprend une source lumineuse 1 (de préférence une lampe à incandescence ou une autre source compacte) montée au foyer d'un réflecteur parabolique précis 3. Une autre source lumineuse 28 (qui peut être un peu plus grande que la source 1) est placée dans l'axe optique du réflecteur 3 devant le foyer et, en service, les sources lumineuses produisent un faisceau diffus combiné 22. L'intensité principale du faisceau est concentrée dans des rayons parallèles 24 provenant de la source de lumière compacte 1.
Il ressort de la Fig. 4 que cette composante parallèle du faisceau produit un faisceau à haute intensité parallèle 24'à partir de la lentille 7 de l'indicateur de pente d'approche avec une transition rouge-blanc d'une netteté correspondante. La source 28 produit un faisceau convergent 26 qui diverge ensuite d'une image réelle 31, comme indiqué par les lignes des rayons. Il ressort de la Fig. 4 ou de la Fig. 5 que ces lignes représentent les limites externes 26', 27'du faisceau provenant de la lentille 7. L'angle de divergence inclus par les lignes de rayons 26', 27' (qui est avantageusement d'environ 24 ) peut être facilement réglé par modification de la position de la source 28. Il convient de noter que l'on peut obtenir des résultats similaires en plaçant la source 28 dans la distance focale du réflecteur 3.
En raison de la dimension
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finie de la source 28,-les composantes parallèles et divergentes du faisceau fusionnent et assurent ainsi une distribution d'intensité du faisceau qui varie sans à-coups. Il ressort de la Fig. 4 que ces composantes représentent les limites externes 26', 27'du faisceau provenant de la lentille 7. L'angle de divergence (avantageusement environ de 24 ) peut être facilement réglé par modification de la position de la source 28.
La nature diffuse du réflecteur 3 et les dimensions finies des sources lumineuses 1 et 28 amènent les faisceaux parallèles et divergents à fusionner (de telle sorte qu'un faisceau adéquat soit encore produit dans le cas d'une défaillance d'une lampe) et assurent une distribution d'intensité variant sans à-coups dans le faisceau provenant de la lentille 7. Cependant, il convient de noter qu'une source lumineuse distribuée ou répartie 28 et une source compacte 1 peuvent être utilisées et permettent d'obtenir des résultats semblables.
La Fig. 7 illustre un réflecteur composite 3 comprenant deux parties généralement paraboliques. Une source lumineuse ponctuelle 1 est montée au foyer de chaque partie. Les régions internes du réflecteur 3 sont précisément paraboliques et produisent des faisceaux parallèles 24. Les régions externes sont plus fortement convergentes et produisent des rayons 26,27 qui convergent initialement puis divergent à partir d'un foyer diffus (non représenté). En service, dans l'indicateur de pente d'approche de la Fig. 4, le réflecteur composite 3 est placé de manière à diriger des rayons divergents 26,27 sur le réflecteur 21 et ces rayons définissent les limites externes 26', 27'du faisceau provenant de la lentille 7.
En pratique, le dispositif d'éclairage de la Fig. 7 est de préférence disposé de telle façon que les sources lumineuses 1
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soient disposées horizontalement côte à côte. Les rayons en traits pleins représentés sur la Fig. 7 délimitent alors l'angle azimutal de divergence du faisceau provenant de la lentille 7.
Quoique le système de la Fig. 6 donne une meilleure répartition de lumière globale, le système de la Fig. 7 assure une meilleure répartition de la lumière que celui de la Fig. 6 dans le cas d'une défaillance d'une des sources lumineuses.
Il convient de noter que les systèmes des Fig. 6 et 7 peuvent être modifiés en vue d'être utilisés dans l'indicateur de pente d'approche de la Fig. 5 et il suffit à cet effet d'ajuster les positions des sources lumineuses 1 et 28 pour donner un faisceau lumineux intense focalisé sur le bord du filtre 11 et un faisceau moins concentré frappant la zone immédiatement environnante.