Appareil de commande automatique pour avion ou engin analogue La présente invention se rapporte à un appareil de commande automatique pour avion ou engin ana logue, ayant pour but de réduire la probabilité de production de contraintes trop élevées dans la cel lule de l'avion, ou l'obtention pour cet avion d'une position dangereuse par suite d'un déplacement ex cessif de l'une de ses gouvernes.
Cet appareil de commande automatique est ca ractérisé en ce qu'il comporte un dispositif servant à dévier ou à déplacer une gouverne, un dispositif en traîné de manière à fournir un signal de sortie fonc tion de la déviation de cette gouverne, un indicateur de vitesse anémométrique, qui fournit un signal de sortie fonction de la vitesse propre mesurée de l'avion un déterminateur de valeur-limite, qui définit une déviation-limite de la gouverne en fonction de la vi tesse propre mesurée de l'avion,
et un comparateur effectuant une discrimination entre des déviations in férieures et des déviations supérieures à la déviation- limite alors obtenue.
La contrainte exercée sur la cellule de l'avion dépend, dans une large mesure, du couple appliqué à cet avion autour de l'un de ses axes, et cette va leur augmente avec la vitesse propre de l'avion pour une déviation donnée d'une gouverne. En consé quence, la déviation-limite de la gouverne doit dimi nuer quand la vitesse propre de l'avion augmente. L'ensemble peut être étudié de façon telle qu'une fois que les éléments (tels que les résistances) dont la valeur ne varie pas pendant le vol ont été réglés, la déviation-limite d'une gouverne dépende simple ment de la vitesse anémométrique de l'avion. Il est évident que certains éléments peuvent être réglés ou remplacés pour pouvoir modifier la relation existant entre la déviation-limite de l'avion et sa vitesse pro pre.
Dans une forme d'exécution particulière de l'ap pareil de commande, quand la déviation dépasse cette déviation-limite, un avertissement peut être fourni au pilote, mais de préférence l'appareil de commande automatique est mis au repos en ce qui concerne sa faculté de commande de l'avion.
Des organes analogues peuvent être conjugués à chacune des gouvernes principales de l'avion, et la déviation-limite d'une seconde gouverne peut être différente de celle de la première pour une vitesse propre donnée, bien que cette vitesse propre soit mesurée judicieusement par le même dispositif ané- mométrique.
Pendant une manoeuvre d'approche en vue d'un atterrissage et lors d'un vol à faible vitesse, il est pos sible qu'une déviation d'une gouverne ne soit pas suffisante pour soumettre la cellule de l'avion à une contrainte excédentaire, mais puisse par ailleurs at teindre une valeur suffisante pour exercer sur l'avion un couple dangereux autour d'un axe à une vitesse aussi faible et à une altitude aussi réduite, et en con séquence la déviation-limite peut, pour les vitesses d'approche d'atterrissage, être inférieure à la va leur-limite correspondant à une vitesse supérieure à ces vitesses d'approche.
Quand la gouverne est formée par le gouvernail de profondeur, les déviations-limites vers le haut peuvent être supérieures aux déviations-limites vers le bas pour certaines au moins des vitesses anémo- métriques de l'avion dans sa gamme de vitesses de vol, à cause de l'asymétrie de la courbe d'assiette ou d'équilibrage de l'avion.
Dans une forme d'exécution particulière de l'ap pareil de commande, le comparateur (ou chaque com- parateur) comporte un relais muni d'un enroulement de maintien hors circuit et d'un enroulement de main tien en circuit réagissant à la différence entre des signaux électriques représentant la déviation réelle de la gouverne et la déviation-limite, l'enroulement de maintien en circuit étant connecté selon une dia gonale d'un pont électrique qui comprend un ou plu sieurs bras commandés en fonction de la déviation de la gouverne, et un autre bras commandé en fonc tion de la vitesse propre ou vitesse anémométrique de l'avion.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil de commande automatique appliqué ù la commande des gouver nes d'un avion. La fig. 1 est un schéma de circuit de ladite forme d'exécution de l'appareil de commande.
Les fig. 2A, 2B et 2C montrent la relation entre les déviations-limites des différentes gouvernes et la vitesse propre de l'avion.
La fig. 3 montre l'agencement d'un dispositif à soufflet fournissant une sortie en fonction de la vitesse propre mesurée de l'avion.
Bien que l'appareil puisse assurer la commande des ailerons du gouvernail de profondeur et du gou vernail de direction de l'avion, les dispositifs servant à la commande des ailerons sont très voisins de ceux servant à la commande du gouvernail de direction, de sorte qu'ils n'ont pas été représentés sur la fig. 1 pour plus de simplicité. On décrira tout d'abord les dispositifs servant à la commande du gouvernail de direction, puis ceux permettant la commande du gou vernail de profondeur, dans la mesure où ils sont dif férents des précédents.
<I>Commande du gouvernail de direction</I> Le gouvernail de direction 11 est étudié de ma nière à commander le curseur 12 d'un potentiomè tre 13 dont les deux extrémités sont connectées à la borne positive d'une source d'alimentation en courant continu 14 et dont le point milieu 15 est mis à la masse. Le curseur 12 est monté de manière à être aligné avec le point milieu 15 quand le gouvernail de direction se trouve dans sa position neutre, de sorte qu'aucune force aérodynamique 'n'agit sur lui. Il se déplace sur l'une ou l'autre des moitiés de l'en roulement du potentiomètre, selon le sens 'de la dé viation du gouvernail de direction 11.
Les deux parties de la moitié du potentiomètre 13 avec laquelle le curseur coopère pour une déviation donnée du gouvernail de direction, c'est-à-dire les deux parties situées de part et d'autre du curseur 12, forment deux bras d'un pont électrique dont les deux autres bras comprennent une résistance variable 16 et une résistance de référence 17. L'extrémité com mune de ces deux résistances 16 et 17 est connectée au curseur 12 à travers un enroulement détecteur 18 d'un relais polarisé 19, et les extrémités externes des résistances 16 et 17 sont connectées respectivement au côté positif de la source d'alimentation 14 et à la masse.
La valeur de la résistance variable 16 est étudiée de manière à être fonction de la vitesse propre de l'avion, comme décrit plus loin, et en conséquence le potentiel obtenu aux bornes de l'enroulement dis joncteur 18 est fonction de la déviation du gouver nail de direction 11 et de la vitesse propre de l'avion. Si la déviation du gouvernail de direction est suffi samment grande, ce potentiel agit de manière à pro voquer la disjonction du relais 19. Ce relais comporte également un enroulement de maintien hors circuit 21, qui évite toute panne de l'appareil. Si l'excitation de l'enroulement 18 n'est pas assurée, le système est alors mis hors circuit.
Pour une vitesse propre donnée de l'avion, le re lais 19 assure la disjonction pour une certaine dévia tion du gouvernail de direction 11, et par suite du curseur 12, et cette déviation est dénommée dévia tion-limite correspondant à cette vitesse propre. Quand la vitesse propre augmente, la déviation-limite diminue, étant donné que la valeur de la résistance variable 16 augmente, de sorte que le potentiel de l'extrémité de l'enroulement 18 qui est mise à la masse est abaissé, et qu'il suffit d'une déviation plus faible du curseur 12 à partir de la position zéro 15 pour produire une excitation suffisante de l'enroule ment 18, afin d'assurer la mise hors circuit ou la disjonction du relais 19.
Les contacts 23 du relais 19 sont connectés aux bornes de la source d'alimentation 14 en série avec l'enroulement 24 d'un relais asservi 25 dont les con tacts 26 sont montés en série avec l'alimentation prin cipale 27 de l'appareil de commande automatique, de sorte que si le relais 19 est mis hors circuit, le relais 25 s'ouvre également et isole l'appareil de commande afin d'empêcher cet appareil d'assurer la commande de l'avion. Le pilote reprend alors la commande. On comprendra que ce phénomène se produit si la dé viation de la gouverne (dans ce cas du gouvernail de direction 11) dépasse la valeur-limite à la vitesse pro pre à laquelle l'avion vole à ce moment.
La déviation-limite dépend de la vitesse propre mesurée, ou vitesse anémométrique, et la relation désirée dans le cas du gouvernail de direction est représentée sur la fig. 2A. Pour les vitesses propres inférieures, la déviation-limite dans chaque sens est maximum (comme montré en 31 sur la fig. 2A, sur laquelle les vitesses propres de l'avion sont portées en abscisses, tandis que les déviations assurant la dis jonction sont portées en ordonnées) tandis qu'au-des sus d'une certaine vitesse propre la déviation-limite dans chaque sens est réduite (comme montré en 32 sur la fig. 2A).
Pour une vitesse plus élevée, la dé viation-limite est réduite de nouveau selon un autre palier, et ainsi de suite pour toute la gamme des vi tesses propres de l'avion. On parvient à ce résultat par un agencement ap proprié de la résistance variable 16, qui comprend un circuit imprimé formant un certain nombre de sec teurs de contacts espacés 33, 34, 35, 36, 37 et 38, dont deux seulement ont été désignés par des chiffres de référence sur la fig. 1, mais qui sont tous représen tés à plus grande échelle sur la fig. 3. Des résistances 39 de valeur appropriée sont connectées entre des paires voisines des contacts 33 à 38.
Le bras ou curseur 41 de la résistance 16 est en traîné par un dispositif à soufflet 42, qui réagit à la pression dynamique fournie par un tube de Pitot diri gé de manière à mesurer la vitesse propre de l'avion. <I>Commande du gouvernail de profondeur</I> Les dispositifs de commande du gouvernail de profondeur sont analogues à ceux déjà décrits pour la commande du gouvernail de direction, et les éléments identiques ont été désignés par les mêmes références, auxquelles on a toutefois ajouté le signe ' .
Les différences sont dues à la courbe caractéristique éga lement différente que l'on désire obtenir pour limiter la commande du gouvernail de profondeur, comme montré sur la fig. 2B, sur laquelle les vitesses propres de l'avion ont été portées en abscisses, tandis que les déviations assurant la disjonction ont été portées en ordonnées, les déviations provoquant un mouve ment de cabrage de l'avion étant portées en valeurs positives, tandis que les déviations provoquant le pi qué de l'avion sont portées en valeurs négatives.
La déviation-limite vers le bas du gouvernail de profondeur est constante pour toutes les vitesses pro pres de l'avion, comme montré en 43. La déviation- limite vers le haut, c'est-à-dire la déviation capable de provoquer un mouvement de cabrage de l'avion, est égale à la déviation-limite vers le bas pour les vi tesses propres de l'avion jusqu'à une certaine vitesse qui dépasse légèrement les vitesses d'atterrissage, comme indiqué en 44, tandis que pour la gamme de vitesses suivante, cette déviation-limite est supérieure à la précédente comme montré en 45. Cette déviation limite diminue ensuite par paliers, d'une manière analogue à celle déjà décrite pour la commande du gouvernail de direction.
Afin d'obtenir la déviation-limite constante vers le bas, la partie de l'enroulement du potentiomètre 13' qui coopère avec le curseur 12' pour des dévia tions supérieures à cette déviation-limite est recou verte par une bande isolante 46, qui empêche le cur seur 12' d'établir le contact avec l'enroulement 13' si la déviation dépasse cette valeur-limite. L'enrou lement de maintien hors circuit 18' suffit alors pour soumettre le relais à une polarisation disjonctive, de sorte que le système de ce pilotage automatique est mis au repos.
La déviation-limite correspondant à la gamme inférieure de vitesses propres de l'avion est plus fai ble que la déviation-limite correspondant à des vi tesses propres de l'avion supérieures à celles com prises dans cette gamme, et ce résultat est obtenu en connectant l'enroulement 18', à travers une résis tance, au contact 34' de la résistance variable 16', au. lieu de le connecter au contact terminal 23' et par un choix approprié des valeurs des résistances 39'. <I>Commande des ailerons</I> Les dispositifs servant à la commande des aile rons n'ont pas été représentés séparément, étant donné qu'ils sont très voisins de ceux déjà décrits pour la commande du gouvernail de profondeur et du gouvernail de direction.
La courbe caractéristique désirée pour la commande des ailerons est celle re présentée sur la fig. 2C, les vitesses propres de l'avion ayant ici encore été représentées en abscisses, tandis que les déviations sont portées en ordonnées. Pour la gamme inférieure de vitesses propres, la dé viation-limite correspond à une déviation 48 dans les deux sens, et pour les vitesses propres dépassant cette gamme, la déviation-limite est représentée par une valeur plus faible 49 dans les deux directions. Cette valeur constitue la déviation-limite pour le reste de la gamme de vitesses propres de l'avion.
En conséquence, une seule résistance 39 est mon tée entre les deux premiers contacts 33 et 34, et les autres contacts sont connectés directement les uns aux autres. <I>Remarques générales concernant les caractéristiques</I> <I>de travail de l'appareil</I> On a choisi la courbe caractéristique représentée pour le gouvernail de direction, car il existe une dé viation maximum pouvant être imposée pour une vitesse propre donnée de l'avion, sans danger de sou mettre la cellule de celui-ci à des contraintes inadmis sibles, cette déviation maximum du gouvernail de direction diminuant quand la vitesse propre aug mente étant donné que, pour des vitesses propres plus élevées, l'effet d'une certaine déviation est plus prononcé,
de sorte qu'une déviation plus faible four nit un couple plus grand autour de l'axe de lacets, et soumet en conséquence la cellule de l'avion à une contrainte plus forte.
Dans le cas du gouvernail de profondeur, pour lequel les déviations-limites sont asymétriques par suite de la nature asymétrique de la courbe d'assiette, il est possible de tenir compte de ce fait grâce à une position appropriée de la prise intermédiaire pré vue sur le potentiomètre, et par le réglage de résis tances d'équilibrage disposées aux extrémités du po tentiomètre, afin d'obtenir le gradient de tension dési ré, ou bien quand une disjonction indépendante de la vitesse propre de l'avion est nécessaire, le poten tiomètre peut être amené mécaniquement dans une position de circuit ouvert pour une déviation particu lière de ce gouvernail.
Dans un avion qui est capable de venir en perte de vitesse pour de faibles vitesses de vol, la déviation- limite correspondant à ces vitesses doit être inférieure à celle utilisée pour les vitesses plus grandes, comme montré pour les déviations vers le haut du gouvernail de profondeur sur la fig. 2B.
Avec les ailerons, le danger d'application de con traintes inadmissibles à la cellule sous l'effet d'un couple de roulis trop élevé n'est pas aussi grand que pour les couples de tangage ou de lacets, et en con séquence un seul palier a été jugé suffisant dans la courbe caractéristique correspondante. <I>Commande de la résistance 16 en fonction de la</I> <I>vitesse propre mesurée</I> Le dispositif servant à déplacer les curseurs 41 des résistances variables 16 est représenté sur la fig. 3. Les trois résistances conjuguées à l'appareil de commande du gouvernail de direction, du gouvernail de profondeur et des ailerons sont empilées en un seul bloc représenté en 51. Seule la résistance supé rieure est visible sur cette figure.
Les bras de cur seur 41 sont disposés l'un au-dessus de l'autre, de façon à se déplacer ensemble sur les secteurs 33 à 38 des résistances.
Les bras du curseur 41 forment un bras d'un le vier coudé 52, monté à pivotement en 53 et dont l'autre bras est sollicité par un ressort de traction 55 tendant à faire pivoter ce levier coudé dans le sens horaire en regardant la fig. 3. Ce mouvement est em pêché par contact d'un galet 56 monté à l'extrémité libre du bras 54 contre un bras oscillant 57 monté à pivotement en 58 et dont la position est déterminée par une tige 59 et par une vis de réglage ou de re mise à zéro, disposée sur l'extrémité du soufflet 42.
Le dispositif décrit ci-avant est logé dans un caisson 61, fermé de façon étanche et soumis à l'ef fet de la pression dynamique, tandis que l'intérieur du soufflet 42 se trouve à la pression statique, de sorte qu'une augmentation de la vitesse propre de l'avion provoque une contraction du soufflet. Le bras oscillant 57 bascule alors dans le sens antihoraire, le levier coudé 52 tourne dans le sens horaire, et les bras de curseurs 41 se déplacent sur les secteurs de la résistance variable, pour régler la valeur des ré sistances en fonction de la vitesse propre de l'avion.
Un micro-contacteur 62 est actionné si la vitesse propre de l'avion tombe au-dessous d'une valeur infé rieure à la vitesse d'atterrissage. S'il se produit une panne dans le tube de Pitot, le soufflet subit une relaxation jusqu'à l'état correspondant aux faibles vi tesses, et un indicateur est actionné par le micro- contacteur de manière à informer le pilote que le sys tème de commande ne peut être utilisé que pour une vitesse propre indiquée limitée.
On remarquera que les déviations-limites des dif férentes gouvernes ne dépendent que de la vitesse propre de l'avion une fois que les éléments ont été réglés à la valeur voulue, c'est-à-dire quand les va leurs des résistances ont été fixées, etc.
Si l'on désire modifier la courbe correspondant à un ou plusieurs des dispositifs de commande, par exemple pour pouvoir modifier l'assiette du gouver nail de profondeur, on peut parvenir aisément à ce résultat en changeant certaines des résistances 39 et en réglant de nouveau les résistances conjuguées au gouvernail de profondeur à chaque extrémité des po tentiomètres 13, de sorte qu'aucune modification fondamentale de l'équipement n'est nécessaire. Dans certaines conditions spécifiées, la mise hors circuit du système de commande peut être nécessaire quelle que soit la position des gouvernes.
Si les con ditions spécifiées sont capables de fournir un signal électrique, ce signal peut être appliqué à l'enroule ment de maintien hors circuit de l'un des relais, en surmontant ainsi la polarisation de maintien en cir cuit alors obtenue, ce qui provoque la disjonction du système de commande.
Un tel cas se produit quand le système d'avertis sement de perte de vitesse indique la proximité d'une perte de vitesse. Une tension produite par le sys tème d'avertissement de perte de vitesse est alors in jectée, à travers un redresseur, dans l'enroulement de maintien hors circuit du relais 19' du gouvernail de profondeur.