Appareil pour la mesure en vol de la vitesse et de la dérive d'un véhicule aérien. L'objet de l'invention est un appareil pour la mesure en vol de la vitesse et de la dérive d'un véhicule aérien.
L'appareil selon l'invention est basé sur les observations suivantes, que l'on va préa lablement exposer à l'aide des diagrammes re présentés par les fig. 1 et 2 du dessin an nexé, et qui sont relatives à la mesure de la vitesse.
Supposons (fig. 1) qu'un aéronef se dé place à une hauteur<I>II</I> au-dessus du sol 1 et selon la ligne marquée par la flèche 2. Si, à un moment donné, lorsque l'aéronef se trouve au point 3, on vise un point donné 4 du sol, en notant l'angle a que fait cette visée avec la verticale, et si, continuant à viser le point 4, on note le temps nécessaire à l'aéronef pour arriver au point 5, d'où la visée forme de nouveau un angle a avec la verticale, on peut, en faisant intervenir la distance parcourue D dans le calcul, établir la formule suivante:
EMI0001.0003
en appelant V la vitesse réelle de l'aéronef en km/h, T le temps de la mesure, exprimé en secondes, D la distance réelle parcourue exprimée en km.
Si la distance D est inconnue, la hauteur H peut, par contre, être déterminée, par exemple au moyen d'un altimètre ou encore au moyen d'un télémètre, et il est facile de voir que la première -de -ces quantités peut être déduite de la seconde.
On peut en effet -éta blir la relation:
EMI0001.0007
En introduisant cette valeur de D dans la formule (1) et en exprimant H en km, on obtient finalement pour' la vitesse de l'aé ronef:
EMI0001.0010
Si l'on procède à la mesure ci-dessus -de manière @à ce que T reste constant, -c'est-à-dire en cherchant l'angle qui permet -de parcourir la distance D égale à la base d'un triangle isocèle de hauteur H et d'angle au sommet 2 a, en un temps donné toujours le même, on peut éviter le calcul selon la formule (2) en remplaçant celle-ci par un diagramme, tel que celui donné à la fig. 2.
Dans ce diagramme, les abscisses repré sentent les angles a, tandis que les ordonnées représentent les vitesses en km/h, les divers rayons issus de l'origine correspondant cha- cun à une hauteur donnée H de l'aéronef. Au moyen de ce diagramme établi pour un temps d'observation T constant, la mesure de la vitesse s'effectue comme suit: on détermine l'angle α, par exemple 14 30', de ce point comme abscisse, on s'élève verticalement (ligne 6) jusqu'au rayon correspondant à l'altitude, par exemple 700 mètres lus sur l'altimètre.
L'horizontale 7 coupe alors l'axe des ordonnées à l'endroit de la vitesse corres pondante, soit, élans l'exemple donné, 180 km à l'heure.
Au lieu de partir d'un temps T constant, on peut partir d'une distance D donnée, me surer le temps T nécessaire à la parcourir et calculer la vitesse en appliquant la formule (1). Dans ce cas, et pour que D soit constant, il faut pour chaque hauteur H calculer l'an gle α correspondant, ce que permet la for mule:
EMI0002.0009
L'appareil selon l'invention est destiné à permettre d'effectuer rapidement une mesure de vitesse en se basant sur les calculs que l'on vient de voir.
Il permet en outre de me surer la dérive et comporte à cet effet des moyens permettant de viser le sol à partir de l'aéronef, combinés avec des moyens per mettant d'imprimer à la direction de visée un mouvement pendulaire de part et d'autre de la verticale et dans un plan lui-même suscep tible de tourner autour de la verticale, et avec des moyens permettant de faire varier l'amplitude de ce mouvement pendulaire.
En plus des deux diagrammes déjà dé crits, le dessin annexé représente deux for- mes d'exécution d'un appareil selon l'inven tion, données à titre d'exemple. Dans la pre mière de ces deux formes d'exécution, le temps T d'oscillation reste constant, tandis que dans la seconde, des moyens sont prévus pour que D reste constant, le temps d'oscilla tion étant alors variable.
Les fig. 3 et 4 sont une vue de face et une vue de côté, partiellement en coupe, des moyens permettant d'imprimer à la direction de visée un mouvement pendulaire de part et d'autre de la verticale, ces moyens appar tenant à la première forme d'exécution et permettant, par conséquent, de faire varier l'amplitude du mouvement, tout en lui con servant une durée constante; Les fig. 5 et 6 sont une vue de côté et une vue de face, avec coupes partielles, de l'ap pareil complet selon la première forme d'exé cution;
Les fig. 7 et 8 sont une vue de face et une vue en plan d'un appareillage compre nant, en plus de l'appareil selon les fig. 5 et. 6, un altimètre et un dérivomètre; La fig. 9 est une vue en perspective, semi- schématique, de l'appareil selon la seconde forme -d'exécution, et comportant, par con séquent, des moyens permettant de modifier la fréquence des oscillations de la visée.
Aux fig. 3 et 4 est représentée une came <B>8,â</B> laquelle un organe moteur non représenté transmet, par l'intermédiaire d'un train d'en grenage, un mouvement de rotation uniforme dans le sens de la flèche 9. Le développement -de cette came est tel qu'il représente la va riation -de l'angle a pendant que l'aéronef parcourt la .distance D, la partie 10 -de cette courbe correspondant à l'oscillation brusque nécessaire au retour de l'organe de visée, lorsqu'ayant effectué la visée 5, 4,
il se re met en position pour une nouvelle mesure, c'est-à-dire pour la visée 11, 12 (fi & _ 1). Pendant -ce retour brusque, l'aéronef par court un petit espace d, de sorte que l'on peut noter en passant que la distance entre deux points successifs, tels que 4 et 12, visés sur le sol, ne sera pas D, mais une distance un peu plus grande D + d. En tournant, la came 8 agit sur un le vier oscillant 13, dont le centre d'oscillation est situé en 14 et est formé par une douille 15 entourant un arbre 16 dont il sera ques tion plus loin.
Un ressort de rappel 17 main tient l'extrémité de ce levier comportant le galet 18 en perpétuel contact avec la surface de la came 8.
De ce que l'on vient de dire résulte que tous les points du levier 13 oscillent dans l'espace selon la loi déterminée par la forme de la came, l'amplitude d'oscillation variant bien entendu avec la distance au centre d'os cillation 14, mais la fréquence étant inva riable, puisque la came est animée d'un mou vement de rotation uniforme.
Le levier 13, qui est incurvé, comporte une nervure en queue d'aigle désignée par 19 et servant de guide à un organe coulis sant et denté 20. Le coulissement de l'organe 20 le long du levier 13 est obtenu à l'aide du pignon denté 21 porté par l'arbre 16 et par conséquent coaxial à l'axe de rotation du le vier 13. En faisant tourner l'arbre 16, on provoque le déplacement de l'organe 20, qui est dessiné en traits pleins dans l'une de ses positions extrêmes et en traits mixtes dans l'autre de ses positions extrêmes, dans la quelle il est désigné par 20'.
L'organe 20 porte en 22 un axe auquel est attachée une bielle 23, cet axe étant disposé de manière telle que dans la position extrême 20', il tombe dans l'axe de l'arbre 16, n'étant alors plus soumis au mouvement pendulaire coaxial de cet arbre. Par l'intermédiaire d'un levier 24, la bielle 23 commande, comme on le verra par la suite, l'organe de visée, lequel oscillera, par conséquent, selon la loi néces saire pour que le point visé soit maintenu dans le champ de visée durant tout le par cours de la distance de mesure D. L'ampli tude de l'oscillation de l'organe de visée peut être réglée par la rotation de l'arbre 16, c'est-à-dire par le coulissement de l'organe 20 le long du levier 13.
La position en traits pleins de la bielle 23 est celle correspondant à l'amplitude d'oscillation maximum, tandis que la position 23' représentée en traits mixtes correspond à l'amplitude zéro.
C'est le mécanisme que l'on vient de dé crire qui commande le mouvement oscillant de l'organe de visée composé principalement de la lunette 25, de l'appareil représenté aux fig. 5 et 6. A la fig. 5, on reconnaît le levier 24 dont il a été question plus haut.
Pour pouvoir effectuer la visée à partir d'un point fige et malgré le mouvement os cillant de l'organe de visée 25, celui-ci com porte un miroir 26 rabattant la visée à angle droit dans un oculaire 27 coaxial à l'axe de rotation 28 de l'organe de visée.
Devant -cet organe se trouve un tableau 29 constituant une application mécanique -du diagramme de la fig. 2.
Ce tableau est percé d'une grande fenêtre rectangulaire 30,. derrière laquelle se déroule un ruban 31 passant sur deux rouleaux verti caux 3.2, 33 et comportant une fente verticale 34, dont l'un des bords porte l'échelle -corres pondant aux ordonnées @du -diagramme de la fi-. 2, c'est-à-dire aux vitesses en km/h. A l'intérieur de l'un ou des deux rouleaux se trouve un ressort 35, dont le but est de Ta mener constamment la fente 34 vers la gau che, donc de déplacer la partie avant du ru ban, qui est un ruban sans fin, dans la di rection de la flèche.
A l'arrière, ce ruban comporte un galet 36 contre lequel vient bu ter une nervure 36' de l'organe,de visée, et cela -de manière -à déplacer le ruban en sens inverse de l'action du ressort 35.
Comme on le voit, plus l'angle d'oscilla- tion .de l'organe de visée 25 sera grand, plus celui-ci, à chaque oscillation, déplacera vers la droite la fente 34 du ruban 31. Cela cor respond au fait que sur le diagramme de la fi-. 2, on doit partir d'une abscisse d'au tant plus grande que l'angle d'oscillation est lui-même grand.
A l'intérieur du ruban 31, entre les rou leaux 32 et 33 et passant derrière la fente 34 se trouve une réglette 37 articulée en 0, ce dernier point représentant l'origine du sys tème de coordonnées. -Sur la réglette 37 est marquée une ligne 38, susceptible d'appa- raître dans la fente 34, et la réglette elle- même comporte une fente longitudinale 39 coopérant avec un pivot 40, susceptible de se déplacer horizontalement le long d'une fe nêtre 41 du tableau 29. Ce déplacement est obtenu en faisant tourner le pivot 40, lequel comporte une roue dentée 42 engrenant dans une crémaillère 43 de la partie arrière du ta bleau.
La rotation est obtenue à partir d'un bouton moleté 44 et par l'intermédiaire d'une transmission flexible 45. Une aiguille 46 montre la position du pivot 40 en regard d'une échelle des hauteurs, telle que celle se trouvant en haut du diagramme de la fig. 2, de sorte que l'on voit aisément que la réglette 37 joue le rôle, selon sa position, des rayons issus de l'origine sur le diagramme.
Voici comment on procède lorsqu'on veut effectuer une mesure de vitesse au moyen de l'appareil décrit: La, came 8 étant animée de son mouve ment de rotation uniforme et dont la vitesse est naturellement réglée en rapport avec les dimensions des échelles du tableau 29 et du ruban 31, on applique l'#il contre l'oculaire 27 et fait tourner l'arbre 16 au moyen d'un organe de commande quelconque non repré senté, jusqu'à ce que le point du sol visé au début de chaque oscillation de l'organe de visée 25 paraisse immobile dans ce dernier pendant toute la durée d'une oscillation sim ple.
Ce faisant, on a déterminé la valeur de l'angle a et, par l'intermédiaire de la butée 36' et du galet 37, on aura amené à chaque oscillation la fente 34 dans la position de l'abscisse correspondant à cet angle.
En agissant sur le bouton 34, on déplace en même temps l'aiguille 46, de manière à lui faire indiquer l'altitude à laquelle on se trouve et qu'on lira, par exemple, sur l'altimètre. Cette opération aura pour effet de placer la réglette 37 dans la position que devrait occu per le rayon issu de l'origine du diagramme et correspondant à ladite altitude. Il est dès lors clair que l'endroit où la ligne 38 rencon trera l'échelle des vitesses de la fente 34, sera une mesure de ladite vitesse. Ainsi, dans l'exemple représenté à la fig. 6, l'aéronef se trouve environ à 385 mètres d'altitude et vole à la vitesse de 150 km/h.
<B>1.1</B> est évident que les choses ne se passe ront pas comme on vient .de le dire dans 1e cas où l'aéronef n'aurait pas une direction .de vol strictement axiale, c'est-à-dire présente rait -de la dérive. Dans le cas où il y a dérive, le point visé sur le sol pourra être amené à l'immobilité dans l'organe de visée seulement clans la direction de l'axe de l'aéronef, mais sortira latéralement -du champ -de cet organe avec une rapidité d'autant plus grande que la dérive sera plus grande.
Pour avoir une mesure de cette dérive, il suffira alors de tourner tout l'appareil, de manière à l'amener dans la direction réelle de déplacement -de l'aéronef, position facile à dé terminer, puisqu'elle correspond à l'immobi lité absolue du point visé dans le champ de l'organe -de visée.
Les fig. 7 et 8 représentent un appareillage équipé au moyen de l'appareil que l'on vient de décrire et établi en outre -de manière à per mettre la mesure immédiate de l'angle de dé rive.
Cet appareillage comporte une boîte 47 à l'avant de laquelle se trouvent la fenêtre 48 de l'appareil de la fig. 6, un altimètre 49 et l'o culaire 50. Le tout est suspendu au moyen d'un cardan 51 dans une lunette fixe 52 en deux pièces, la pièce intérieure 53, porteuse du cardan, pouvant être déplacée au moyen d'un pignon 54, commandé par un bouton moleté 55. L'anneau intérieur 53 de la lu nette 52 comporte une aiguille 56 se dépla çant sur une échelle 57 de la lunette fige 52. Cette échelle est graduée de part et d'autre de zéro., en degrés d'arc ,de cercle.
Un autre bouton moleté 58 permet d'agir sur l'amplitude -du mouvement pendulaire de l'organe de visée 59. Enfin, le 'bouton<B>60</B> permet le déplacement de l'aiguille 61 devant l'échelle des altitudes et le bouton 62, le re montage du mouvement d'horlogerie destiné à communiquer à la came 63 son mouvement -de rotation uniforme. Une mesure de vitesse s'effectuera comme on vient de le dire, en agissant sur le bou ton 60, de manière à amener l'aiguille 61 en face du chiffre représentant l'altitude indi quée par l'altimètre 49 et en agissant sur le bouton 58, de manière à obtenir l'amplitude désirée de l'oscillation de l'organe de visée 59.
S'il y a dérive, on agira sur le bouton 55, de manière à faire tourner le cardan et tout l'appareillage qu'il supporte, jusqu'à immobi lité apparente du point visé. La position de l'aiguille 56 sur l'échelle 57 indiquera alors l'angle de dérive.
On pourrait aussi supprimer le bouton 60 commandant l'aiguille 61 de l'échelle des al titudes et relier ladite aiguille directement à l'altimètre, au moyen d'un mécanisme lui im primant sans autre les déplacements corres pondant aux altitudes de vol.
En plus de la vitesse réelle et de la di rection exacte de déplacement de l'aéronef, on peut également mesurer la vitesse du vent. Il suffit pour cela d'effectuer deux mesures successives de vitesse, dont l'une vent debout et l'autre vent arrière, et de procéder par simple soustraction.
Il est évident que la lecture de la vitesse doit se faire pendant le mouvement de balan cement de l'organe de visée, c'est-à-dire pen dant le déplacement latéral du ruban portant l'échelle des vitesses. Ces mouvements étant relativement lents, par exemple cinq à sept secondes pour l'oscillation simple provoquée par la courbe de la came 8, la lecture est fa cile. On peut toutefois la faciliter encore en munissant l'organe moteur de l'appareil, donc par exemple un mouvement d'horlogerie, d'un dispositif permettant d'en provoquer à volonté l'arrêt momentané dans la position extrême de balancement de l'organe de visée.
Voici comment est conçue la seconde forme d'exécution selon la fig. 9: Elle comporte un télémètre 64, suscepti ble d'osciller autour de son axe 65 et sous l'influence d'une came 66 de profil analogue à la came décrite dans l'appareil précédent, mais conique et susceptible de se déplacer longitudinalement en même temps que le prisme 67 du télémètre 64. Ce déplacement a lieu au moyen d'une crémaillère commune 68, commandée par un pignon denté 69.
L'oculaire du télémètre est en deux par ties, dont la seconde 70 est animée d'un mou vement d'oscillation inverse à celui du télé mètre, de manière à ramener constamment l'image provenant,de ce dernier au centre du dépoli 71.
Comme on l'a dit dans l'introduction, il s'agit ici d'effectuer la mesure en partant d'une distance D constante. Cela revient à dire que pour chaque hauteur H, on doit avoir un angle a déterminé par la formule (3). Cette relation est obtenue par la dispo sition et la forme .du prisme 67 et .de la came conique 66 et par la liaison entre -ces deux organes, facteurs prévus de manière à ce qu'à chaque distance au sol mesurée par le télémètre corresponde une position du cône <B>66</B> donnant lieu à, une oscillation telle que l'angle a nécessaire soit obtenu,
en d'autres termes que l'amplitude de l'oscillation du télémètre soit telle que la distance parcou rue sur le sol par la visée pendant une oscilla tion simple soit une constante.
Il s'agit dès lors de pouvoir régler la vi tesse d'oscillation, .de manière à ce que les points 72, 73, 74, successivement visés, ap paraissent chaque fois immobiles dans le dé poli 71. Ce réglage de -vitesse a lieu à partir du moteur 75 et par déplacement de la roue à friction 76 sur le -disque 77 d'entraînement de la came conique 66. Ce déplacement s'ef fectue par un organe de commande agissant sur un pignon denté 78 engrenant dans une crémaillère 79.
Le temps de l'oscillation du télémètre, donc aussi la vitesse -de rotation -de l'arbre 80 étant dans ce -cas la seule variable intervenant dans le calcul basé sur la formule (1), avec D constant, il suffit -dès lors -de combiner l'ar bre 80 avec un compteur de vitesse 81, voire même un compteur kilométrique 82, pour ob tenir immédiatement la vitesse de l'aéronef ou encore en totaliser le chemin parcouru. Le réglage consiste simplement ià agir sur les deux pignons 69 et 78, dans le but d'ajuster tout d'abord la mesure de l'altitude, ensuite la vitesse d'oscillation.
Un gyroscope 83, avec son moteur 84, peut être adjoint à l'appareil, afin de le maintenir en position verticale, dispositif que l'on peut également placer sur l'appareil se lon la première forme d'exécution.
Enfin, le tout pourra être prévu rotatif autour d'un axe vertical, avec une échelle de dérive 85 et un index correspondant 86.