FR2614263A1 - Dispositif de guidage en azimut pour aeronefs ou navires. - Google Patents

Abstract

CE DISPOSITIF DE GUIDAGE A DISTANCE EN AZIMUT COMPORTE DES EMETTEURS LUMINEUX 1,1' VUS, D'UN POINT 5 D'UNE ZONE DE CAPTURE B PAR INTERMITTENCE ET DANS UN ORDRE REPRESENTATIF DE LA POSITION AZIMUTALE DU POINT 5 PAR RAPPORT A UN AXE D'APPROCHE 2; LES EMETTEURS SONT DEUX EMETTEURS 1,1' DE FAISCEAUX LUMINEUX 3,3' TOURNANTS SYNCHRONISES BALAYANT EN AZIMUT LA ZONE DE CAPTURE B EN SENS INVERSE ET SYMETRIQUEMENT PAR RAPPORT A L'AXE D'APPROCHE 2. LA ZONE DE CAPTURE B EST LIMITEE PAR DES OCCULTEURS 4,4'. LA VITESSE DE BALAYAGE DE LA ZONE DE CAPTURE B PAR CHAQUE FEU 1,1' EST VARIEE DE MANIERE A ETRE MINIMALE DANS LA DIRECTION DE L'AXE D'APPROCHE 2 ET MAXIMALE VERS LES BORDS DE LA ZONE DE CAPTURE B.

Description

Dispositif de guidage en azimut pour aéronefs ou navires
L'invention concerne le guidage visuel à distance de véhicules, notamment les aéronefs et les navires, et plus particulièrement le guidage en azimut.

En ce qui concerne le guidage des aéronefs en phase d'approche pour la prise de terrain à l'atterrissage, les aides visuelles donnent une indication précise qui permet au pilote de maintenir son aéronef sur la pente d'approche idéale.

En revanche, il n'y a pas actuellement de système simple donnant au pilote une information sur sa position en azimut par rapport à l'axe de la piste. Généralement, le pilote estime, en interprétant les informations données par la vue en perspective des repères existants sur les pistes et éventuellement des feux de balisage, sa position en azimut et corrige en conséquence sa trajectoire. Si cette interprétation de la perspective ne pose pas de problèmes pour les pistes bien délimitées et suffisamment longues, il n'en est pas de même pour les pistes courtes ou les plateformes rencontrées sur les portes-avions, sur les terrains pour décollage court, et, pour les hélicoptères, sur les navires, sur les plateformes de forage, sur les toits des hôpitaux, etc.

Divers dispositifs de guidage en azimut ont cependant été proposés.

Ainsi, le document FR-A-2 423 832 fait connaître des feux combinant le guidage en pente et le guidage en azimut. Le guidage en pente est obtenu en répartissant l'espace en trois secteurs angulaires superposés colorés différemment grâce à des filtres équipant les feux. Le guidage azimutal est obtenu en munissant ces feux de volets latéraux mobiles de manière à provoquer pour l'observateur (le pilote) situé dans la zone de capture du système un clignotement des feux (avec effet de balle traçante) dans un ordre représentatif de sa position azimutale par rapport à l'axe d'approche (l'axe de la piste). Cependant, certaines réglementations actuelles ont remplacé ou prévoient de remplacer le format tricolore des indicateurs de pente par un format bicolore combiné avec un clignotement.L'utilisation du système décrit dans le document ci-dessus ne serait alors plus possible puisque le clignotement ne pourrait servir d'indication à la fois de pente et d'azimut.

On connaît par ailleurs des dispositifs indicateurs d'azimut constitués d'une série de feux flashes lançant des éclairs successifs dans leur secteur azimutal respectif de manière à réaliser un effet de balle traçante qui renseigne sur la position azimutale de l'observateur. Cependant, ces nombreux feux, qui doivent être suffisamment écartés pour assurer une portée correcte au dispositif, nécessitent un espace important dans le sens perpendiculaire à l'axe de la piste.

Ces dispositifs requièrent des réglages longs lors de l'installation et ne permettent pas d'apprécier facilement l'importance de l'écart entre la direction suivie et la direction idéale, sinon au prix d'une grande complication du message.

Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de guidage en azimut très simple et ne présentant pas les inconvénients précités.

Le dispositif de l'invention comporte deux émetteurs de faisceaux lumineux tournants synchronisés balayant en azimut la zone de capture en sens inverse et symétriquement. L'observateur intercepte successivement les faisceaux balayant la zone de capture dans un ordre représentatif de sa position azimutale. De préférence, les feux sont eux-mêmes disposés symétriquement par rapport à l'axe d'approche (ou le centre de la plateforme).

La zone de capture est limitée par des occulteurs : à cet effet, les feux tournent dans deux lanternes qui démasquent le faisceau lumineux dans une étendue azimutale de 1200 (par exemple), définissant ainsi l'ouverture angulaire de la zone de capture.

De préférence, chaque feu balaye la zone de capture à partir du bord dont il est le plus proche, ce qui permet à l'effet de balle traçante d'indiquer la direction à suivre.

Avantageusement, la vitesse de balayage de la zone de capture par chaque feu est variée de manière à être minimale dans la direction de l'axe d'approche et maximale vers les bords de la zone de capture.

Avantageusement, la vitesse est variée de façon sinusoidale avec une période couvrant la zone de capture.

La disposition précédente est particulièrement facile à mettre en oeuvre quand les feux sont entraînés par des moteurs pas à pas synchrones.

La rotation des feux se fait sur un axe vertical ou légèrement incliné pour balayer au mieux le plan de pente d'approche idéal.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante de plusieurs modes de réalisation. Il sera fait référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma de principe de l'invention montrant en plan l'installation des feux tournants par rapport à la zone de capture, la figure 2 est un schéma simplifié de la figure 1, la figure 3 est un graphique illustrant la variation du temps séparant deux éclats successifs en fonction de l'azimut de l'observateur, la figure 4 est une représentation polaire de la vitesse angulaire variable du feu en fonction de l'angle de rotation, . la figure 5 est un graphique représentant les variations de vitesse angulaire en fonction du temps, .la figure 6 est un graphique représentant les variations de l'angle de rotation en fonction du temps, la figure 7 est un agrandissement du graphique de la figure 6, dans la partie correspondant à la zone de capture, la figure 8 est un schéma des différents organes du dispositif de l'invention, .la figure 9 est une perspective d'un premier mode de réalisation de feu tournant, la figure 10, est une coupe verticale d'un second mode de réalisation du feu tournant.

La figure 1 illustre en plan le principe de l'invention.

Pour des raisons de clarté évidentes, l'échelle relative n'a pu être respectée, notamment entre l'éloignement mutuel des deux feux et leur éloignement d'avec le point d'observation.

Les feux tournants 1 et 1' sont disposés symétriquement par rapport à l'axe d'approche 2 (qui est la trace horizontale du plan vertical d'approche).

Les feux tournants 1 et 2 sont synchronisés en sens inverse, le feu 1 tournant par exemple dans le sens horaire ; les faisceaux 3,3' émanés des feux 1 et 1' sont toujours symétriques et balayent en azimut une zone de capture définie par la région de recouvrement des aires de balayage de chacun des feux 1 et 1', ces aires de balayage étant limitées à un angle utile a,a', par un dispositif occulteur 4,4'. Dans un exemple de réalisation les angles utiles a et a' sont égaux à 1200 et délimitent une zone de capture d'angle b = 1200. La zone de capture est divisée en deux demi-zones symétriques c et c' par l'axe d'approche 2.

Les faisceaux lumineux 3 et 3' sont définis au moyen d'une optique adéquate pour avoir, de préférence, un champ réduit en azimut mais étendu en inclinaison de manière à pouvoir être perçus facilement par des mobiles ayant une inclinaison légèrement différente de la pente d'approche idéale.

Un mobile 5, situé par exemple dans la demi-zone c', verra d'abord l'éclat du feu 1' suivi, peu après, par celui du feu 1, du fait que le faisceau 3' rencontrera le mobile 5 avant le faisceau 3. Pour l'observateur lié au mobile 5, le mouvement apparent de la lumière va donc du feu 1' vers le feu 1, i.e. vers la droite sur la figure 1, donc dans le sens vers lequel il faut se déplacer pour être dans la direction correcte.

Si l'observateur est dans la demi-zone c, les phénomènes sont inversés : la lumière semble se déplacer du feu 1 vers le feu 1', indiquant cependant encore la direction à suivre.

Si l'observateur est dans la direction correcte, i.e. sur l'axe d'approche 2, les éclats sont simultanés.

Il est à noter que si les feux tournent symétriquement dans le sens contraire de celui qui est représenté, les phénomènes expliqués plus haut sont complétement inversés: l'observateur voit la lumière se diriger dans le sens opposé à la bonne direction.

Par ailleurs, au lieu que les faisceaux 3,3' des feux 1,1' soient synchronisés de manière à être colinéaires à la ligne 1,1' au même moment, on peut admettre un décalage angulaire initial entre les feux : il est facile de montrer alors que le lieu des points d'intersection n'est plus la médiatrice du segment de droite 1,1' mais une courbe passant par l'un des feux et s'approchant rapidement d'une asymptote inclinée de l'angle moitié du décalage par rapport à la-médiatrice. Compte tenu de l'échelle relative entre la distance 1,1' (quelques mètres) et l'éloignement du mobile 5 (quelques kilomètres), on peut considérer que la partie utile de cette courbe est une droite qu'on considérera encore comme l'axe d'approche et des décalages allant par exemple jusqu'à 300 seront donc tout à fait conformes à l'esprit de l'invention.

La portée du dispositif de guidage est fonction de la distance qui sépare les feux et de l'intensité de l'éclat. Si celle-ci est correcte, la portée peut atteindre 500 fois la distance entre les feux 1,1', soit un angle de 6' (à comparer avec l'angle de 1' qui est le pouvoir séparateur de l'oeil). La zone de capture est bornée, comme on l'a vu, à un angle de 600 de part et d'autre de l'axe d'approche correcte pour limiter le rapprochement apparent des feux 1,1' quand on s'écarte angulairement trop de cet axe.

Le temps t qui sépare deux éclats est facilement relié à la vitesse v de rotation des feux 1,1' si l'on néglige l'écartement des feux, simplication justifiée compte tenu de l'éloignement relatif du point 5. En appelant alors x l'angle entre la direction suivie et la direction correcte (Fig.2), il est clair que t = 2x/v.

Si la vitesse angulaire est constante, la relation est donc linéaire. Le graphique représentant la valeur absolue de l'écart de temps en fonction de l'angle prend donc l'allure de la courbe 6 représentée en traits pleins sur la figure 3.

Il est avantageux d'augmenter la précision de guidage et le confort de la perception sur une grande partie de la zone de capture en modifiant la relation t = f(x) de sorte que la vitesse apparente de la balle traçante varie peu sur une grande étendue de la zone de capture mais varie rapidement quand on se rapproche suffisamment de la direction correcte. Autrement dit, il convient de modifier la courbe représentative (fig.3) de façon qu'elle reste plus proche de la droite BB' au voisinage de ses extrémités et plus proche de OA au voisinage de 0, comme par exemple la courbe 7 représentée en traits mixtes.

Il est clair qu'on peut programmer le mouvement synchronisé giratoire des feux 1,1', par des moyens mécaniques ou électroniques, pour obtenir pratiquement tout type de courbe 7 désiré.

Toutefois, une loi de variation particulièrement simple donne, de manière surprenante, un résultat très satisfaisant et de mise en oeuvre aisée.

Le but étant d'augmenter la vitesse de rotation v au bord de la zone de capture (pour des angles x de +TT/3 et -TT/3, exprimés en radians) et de la diminuer au voisinage de l'axe d'approche (x = O), on choisit un profil de vitesses variant de façon sinusoidale en fonction du temps t entre une vitesse maximale
VM et une vitesse minimale vm autour d'une vitesse moyenne égale à
n 2TT/T, si T est la période d'un tour complet du feu (cf. Fig.5). Le diagramme polaire des vitesses en fonction de l'angle est montré
Fig.4. L'équation de la vitesse angulaire est
dx/dt = v = 2TT/T - vO cos (6TTt/T) où vO est la demi-amplitude de la variation, soit (vM - vm)/2.

L'intégration de cette équation conduit à l'expression de l'angle x en fonction du temps
x = 2TTt/T - (voT/6TT) sin (6TTt/T) représentée sur la figure 6.

En agrandissant l'échelle de la figure 6 dans la zone de capture, seule intéressante, i.e., entre -TT/3 et +TT/3, on obtient le graphique de la figure 7, qui, aux renversements des axes et à la prise en compte du signe près, correspond parfaitement à la courbe 7 de la figure 3.

L'avantage principal d'une loi sinusoidale de variation de vitesse est qu'elle est très adaptée aux caractéristiques des moteurs d'entraînement pas à pas, lesquels sont utilisés par préférence pour mouvoir les feux tournants.

Le principe de la commande en rotation des feux est illustré figure 8.

Les feux 1,1' entourés de leur occulteur 4,4', sont entraînes par un moteur électrique pas à pas respectif 8,8' commandés par une unité logique 9. Des compteurs de tours 10,10', permettent de surveiller le synchronisme des feux, en envoyant leurs signaux à un comparateur 11 qui fournit à l'unité logique 9 une information de correction éventuelle de vitesse d'entraînement.

L'unité logique 9 reçoit d'un tableau de commande 12 les instructions paramétrées nécessaires.

Au lieu de comparer entre eux les signaux des compte-tours 10,10', ceux-ci peuvent être utilisés directement par l'unité centrale pour contrôler la valeur correcte des vitesses respectives de chaque feu et faire les corrections éventuelles. Une synchronisation mécanique (par exemple par courroie crantée) et un entraînement par moteur unique peuvent aussi être envisagés.

La construction des feux tournants peut elle-meme revêtir de nombreuses formes.

Le feu de la figure 9 comporte un support vertical 13 en
U entre les branches duquel sont disposés un support fixe 14 de lampe 15 lié à la branche inférieure, et un réflecteur concave 16 monté en pivotement sur un axe vertical. Le support 14 traverse le réflecteur 16 grace à une ouverture 17 de celui-ci,.prolongée par un manchon 18 qui tourne dans une couronne de billes 19. Le manchon 18 porte un index 20 susceptible d'être observé à chaque révolution par un capteur sans contact 21 relié au dispositif de synchronisation des feux. Le réflecteur dont le faisceau renvoyé est sensiblement horizontal est entraîné autour d'un axe vertical de rotation par le moteur pas à pas 8. La lampe 15 est placée au foyer du réflecteur 15, lequel est paraboloide ou paraboloîde déformé de manière à présenter un champ plus vaste en hauteur qu'en largeur.

Au lieu que ce réflecteur soit tournant, le mode de réalisation de la figure 10 est à réflecteur fixe et miroir tournant. Dans cette réalisation la lampe fixe 15 est placée au foyer d'un réflecteur paraboloîde fixe 22 renvoyant le faisceau lumineux verticalement, vers le haut, en direction d'un miroir plan 23 calé à 450 par rapport à l'horizontale. Le miroir plan 23 est monté sur un arbre vertical entraîné en rotation par le moteur pas à pas 8. L'index de synchronisation 20 est fixé au miroir 23. Le miroir plan 23 peut etre remplacé par un miroir gauche permettant d'agrandir le champ en hauteur.

La mise en forme du faisceau lumineux par réflecteur paraboloîde peut être aussi effectuée par lentille, soit fixe (configuration dérivée de la figure 10), soit tournante (configuration dérivée de la figure 9).

On pourra aussi prévoir un système de sécurité éteignant les lampes si une lampe est en défaut ou si les systèmes optiques sont désynchronisés sans remède. Les lampes pourront être doublées, par sécurité, avec commutation automatique de l'une à l'autre.

L'intensité lumineuse des feux pourra être modulée d'une manière générale (par exemple pour répondre à des conditions extérieures différentes telles que le jour et la nuit) ou au cours de la trajectoire : il est intéressant notamment de réduire l'intensité lorsque le feu est occulté, en raison tant de l'inutilité d'un éclairage à ce moment que des risques d'échauffement et d'éclairs fantomes. Une intensité maintenant un préchauffage du filament de lampe est cependant préférable pour éviter un allumage brutal très néfaste pour la durée de vie des lampes.

Naturellement, ces modulations peuvent être traitées par la logique de commande 9.

L'invention nécessite que l'observateur puisse différencier chacun des deux feux puisque l'ordre d'apparition des éclats lui indique sa position en azimut. Cette différenciation peut se faire comme décrit par l'observation de la différence de provenance des éclats, donnant un effet de balle traçante. Dans certains cas et en fonction des réglementations, elle pourrait se faire par l'observation de couleurs différentes les éclats (il faut alors ajouter un filtre coloré aux feux) ou d'intensités lumineuses différentes.

Naturellement, le dispositif de l'invention s'applique aussi bien au guidage d'aéronefs que de navires. D'autre part, on a décrit un guidage azimutal du fait que des dispositions internationales réglementent déjà le guidage de la pente d'approche. Il est clair qu'on pourrait transposer le guidage azimutal décrit à un guidage dans d'autres directions.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de guidage à distance en azimut, du type comportant des émetteurs lumineux (1,1') vus, d'un point (5) d'une zone de capture (b) par intermittence et dans un ordre représentatif de la position azimutale du point (5) par rapport à un axe d'approche (2), caractérisé en ce que les émetteurs sont deux émetteurs (1,1') de faisceaux lumineux (3,3') tournants synchronisés balayant en azimut la zone de capture (b) en sens inverse et symétriquement par rapport à l'axe d'approche (2).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de capture (b) est limitée par des occulteurs (4,4').

3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque feu (1,1') balayant la zone de capture (b) se fait à partir du bord dont il est le plus proche.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vitesse de balayage de la zone de capture (b) par chaque feu (1,1') est variée de manière à être minimale dans la direction de l'axe d'approche (2) et maximale vers les bords de la zone de capture (b).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vitesse est variée de façon sinusoidale avec une période couvrant la zone de capture (b).

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les feux (1,1') sont entraînés par des moteurs pas à pas synchrones (8,8').

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les feux (1,1') sont disposés symétriquement par rapport à l'axe d'approche.