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~Z~53S'7
La présente invention est relative à un
simulateur analogique de circuits de commande actionnés
à partir d'un poste ou habitacle. Elle concerne notam-
ment,bien que de façon non limitative un simulateur
analogique de circuits de commande d'avion plus spé-
cialement adapté ~ l'entra~nementdes pilotes, des
mécaniciens navigants ou des mécaniciens au sol soumis
~ entrainement sur des matériels nouveaux.
Ce type d'appareil de simulation, en particulier
dans le cas d'avions, est connu sous le nom anglo-saxon
de "cockpit trainer". De manière générale, il n'existe
pas de séquences dynamiques reproduisai~t les conditions de
vol, la vocation de ce type d'appareil apparaissant
avant tout pour la nouvelle qualification de type
envisagée ou pour des cours de révision relatifs
aux circuits de l'avion.
Les simulateurs analogiques de circuits sont
en tant que tels déj~ connus. En particulier, un simu-
lateur analogique de circuits de fluides a été décrit
dans le certificat d'utilité fransais 2 491 238. Ce
type de simulateur principalement destiné à assurer la
représentation des différents paramètres de fonctionne-
ment d'une installation des réseaux de ventilation des
galeries de mines souterraines ne peut cependant pas
permettre une utilisation de type interactif entre un
opérateur-él~ve et un opérateur-instructeur tous deux
susceptibles d'agir sur les paramètres de simulation
du simulateur.
L'invention a pour objet la mise en oeuvre
d'un dispositif simulateur permettant une utllisation-
du type stimulus, réponse, contrôle entre un op~rateur-
' ~'5'~
.
:
~'Z~L~S3~7
instructeur et un opérateur-élève.
Elle est plus spécifiquement relative à un simu-
lateur analogique de circuits de commande actionnés à partir
d'un poste ou habitacle de commande notamment de commande
d'avion, comprenant une reproduction exacte de l'habitacle
de commande muni d'ensembles fonctionnels capables d'assurer
la mise en fonctionnement d'organes de simulation des cir-
cuits par un opérateur-éleve. Les organes de simulation
comprennent au moins un panneau d'instruction représentant
chacun au moins un circuit de commande et destiné à afficher
différents paramètres ou motifs de simulation visibles par
l'opérateur-élève. Un pupitre de commande assure une liaison
entre les organes de simulation et 11habitacle et est sus-
ceptible de permettre une modification par un opérateur-
instructeur des parametres de simulation des organes de
simulation selon une procédure de priorité entre des ordres
émanant du pupitre de commande et des ordres émanant des
ensembles fonctionnels de l'habitacle.
L'invention trouve application dans le domaine
de l'aéronautique principalement mais peut bien entendu être
utilisée dans tout autre domaine dans lequel le pilotage
d'une installation doit être assimilé.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de
la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif
seulement avec référence aux dessins anne~és dans lesquels:
- la figure 1 représente un schéma général du
simulateur analogique objet de l'invention,
- les figures 2a et 2b représentent un détail
de réalisation du simulateur analogique de l'invention,
- la figure 3 représente un schéma synoptique
des circuits électroniques de commande d'affichage du
simulateur analogique objet de l'invention,
.1~ . '''~
~Z~3S~
- les figures 4a ~ 4c représentent des modes
de réalisation particuliers préférentiels des diffé-
rents circuits électroniques représentés en figure 3.
- la figure 5 représente un mode de réalisa-
tion particulier d'un protocole de priorité d'ordres
opérateur-instructeur, opérateur-éleve dans le cas de
la simulation d'une panne de réacteur.
Ainsi que représenté en figure 1, le simula-
teur analogique de circuits de commande actionnés à
partir d'un poste ou habitacle de commande comporte une
reproduction exacte de l'habitacle de commande 1 muni
de ses ensembles fonctionnels capables d 7 assurer la
mise en fonctionnement d'organes de simulation des
circuits par un opérateur-élève 3
Sur la figure 1, l'habitacle de commande 1
est représenté comme un cockpit d'avion en vue arra-
chée. Par reproduction exacte de l'habitacle de com-
mande 1 et des ensembles fonctionnels 2, on entend
une reproduction fidèle des boutons, svstèmes ou moyens
de commande essentiels que llon trouve réellement dans
le cockpit de l'appareil dont on souhaite simuler les
circuits de commande. Chaque bouton ou moyen de comman-
de permet à l'opérateur-élève 3 d'actionner l'allumage
ou l'extinction des organes de simulation représenta-
tifs des circuits de l'avion.
Les organes de simulation 4 sont constitués
en au moins un panneau d'instruction, référencé 51~52
sur la figure 1, représentant chacun au moins un cir-
cuit de commande de l'installation ou de l'avion. Le ou
les panneaux sont destinés à afficher différents para-
mètres ou motifs de simulation visibles par l'opérateur-
~lève 3. A cet effet, le ou les panneaux d'instruction
51'52 sont par exemple suspendus ~ un portique noté P
:
~L2~S357
et placé ~ bonne distance de l'habitacle 1 et de l'opé-
rateur-élève 3, afin de permettre ~ celui-ci d'avoir
une bonne vision d'ensemble ainsi qu'une bonne percep-
tion des détails de l'affichage des dif.rérents para-
mètres ou motifs de simulation.
Ainsi qu'i~ appara~t en outre en figure 1,
le simulateur analogique de l'invention comporte un
pupitre de commande 6 assurant la liaison entre les
organes de simulation 4 et l'habitacle 1. Sur la figure
1, la liaison précitée a été représentée au moyen de
câbles multiconducteurs capables d'assurer la transmission
de toute information nécessaire au dialogue entre l'opé-
rateur-élève 3 et les organes de simulation, principalement
les panneaux d'instruction 51~52,ainsi qu'avec un opéra-
teur-instructeur dont le rôle est,~ partir du pupitre de
commande 6,d'assurer le déroulement complet d'un programme
de formation ou d'entra~nement de l'opérateur-élève 3.
Ainsi, le pupitre de commande 6 est susceptible de per-
mettre une modification par l'opérateur-instructeur des
~ 20 paramètres de simulation des organes de simulation 4
: ~ selon une procédure de priorité entre les ordres émanant
du pupitre de commande 6 et les ordres émanant des ensem-
bles fonctionnels de l'habitacle 1. Le pupitre de commande
peut être placé ~ l'extérieur ou même à l'intérieur de
l'habitacle 1.
:~ : Afin d'assurer l'ensemble des fonctions préci-
tées, chaque ensemble fonctionnel de la reproduction
~ exacte 2 de l'habitacle 1 permet la commande de l'allu-
:~ ~ ma~e ou de l'extinction des organes de simulation corres-
; 30 pondants 4. Afin d'assurer une similitude convenable de
la simulation avec les condidions opératoires de fonc-
tionnement réelles, une partie des instruments de l'avion
fonctionne, par exemple les moteurs, et les différents
éclairages sont e~alement reconstitu~s.
~LZ~53~ii7
En vue de permettre une modification des para-
matres de simulation des organes de simulation 4 selon
une procédure de priorité entre les ordres émanant du
pupitre de commande 6 et les ordres émanant des ensembles
fonctionnels de l'habitacle 1, le pupitre de commande 6
est géré par un microprocesseur muni de ses circuits
périphériques. Le microprocesseur peut être constitué
par exemple par tout microprocesseur 16bits normalement
disponibles dans le commerce en raison de la grande capa-
cité d'adressage de ces derniers. Le microprocesseur est
piloté par un programme interactif de type "menu" capable
de permettre ~ l'op~rateur-instructeur de définir les
priorités précédemment citées en vue de définir une va-
riation sélective programmée des paramètres de simulation
présent~s à l'opérateur-élève 3.
Ainsi qu'il apparaiten figure 1, le pupitre 6
peut de manière préférentielle être muni d'un système
transducteur électro-acoustique 61 capable d'assurer
une liaison audio-fréquence avec l'habitacle 1 et donc
entre l'opérateur instructeur et l'opérateur-élève, un
moniteur du type t~lévision 60 sur lequel sont affichées
notamment les incitations produites par le programme de
type "menu" pour le choix des paramètres de simulation
et du programme d'entraînement, un clavier 62 comportant
un ensemble de touches alpha-numériques et de touches de
fonction programmables,lesquelles sont susceptibles d'~-tre
programm~es par l'op~rateur-instructeur lui-même.
Le pupitre~de commande 6 peut 8tre muni de
fonctions dites fonctions spécifiques. L'ensem~le de
ces fonctions peut avantageusement être introduit ~ partir
d'un programme emmagasiné sur des supports mémoires de
type classique, tels que par exemple des disques magné-
tiques.
~24S357
Ainsi qu'il sera maintenant décrit en réfé-
rence aux figures 2a et 2b, les organes de simulation
comprennent au moins un panneau 51' 52 pour le circuit
électrique, pour les circuits hydrauliques ou à fluides,
pour les circuits de service tels que le conditionnement
d'air, la pressurisation etle chauffage par exemple.
Tes organes de simulation comprennent en outre des moyens
de commande électronique d'affichage de ces panneaux.
Ainsi que représenté notamment en figure 2a, chaque
panneau comprend un cadre support 10 d'une feuille de
matériau plastique transparent tel que par exemple
connu sous la marque déposée "Plexiglas". La feuille
de matériau plastique transparent 11 comporte des motifs
représentatifs des contours de circuits et/ou des appa-
reils constituant ces circuits. Les éléments actifs des
circuits,c'est-~-dire ceux sur lesquels l'opérateur-
élève est susceptible d'agir au moyen des commandes de
l'habitacle 1,so~ représentés par des fenêtres 12, 13
de couleurs qui s'éclairent lors de la mise en service
simulée des éléments actifs.
A titre d'exemple non limitatif, chaque pan-
neau peut être constitué par une feuille de matériau
transparent de dimension convenable venant se loger
~;; entre deux cadres 101, 102 ainsi que représentés en
figure 2b et constituant le cadre support 10. Les
cadres 101, 102 sont assemblés au moyen de syst~mes
vis 104, écrous 105,manchon de caoutchouc 106, la feuille
de plexiglas étant prise en sandwich entre les cadres
101, 102. Au verso de la feuille de matériau plastique
transparent, c'est-à-dire sur la face du panneau opposée
~;~ à la face destinée ~ être présentée à l'opérateur- él~ve,
: ~
;~S3S~
une sérigraphie blanche est dessinée. Cette sérigraphie
représente les contours des circuits et/ou des appareils
constituant ce circuit. Cette sérigraphie est recouverte
ensuite d'une peinture noire permettant de faire ressortir
au recto le schéma gén~ral du circuit à étudier. Les élé-
ments actifs du circuit représentés par des fenêtres com-
portent des couleurs simples ou même éventuellement des
combinaisons de couleurs 120, 121 codées de fason à défi-
nir la nature des éléments actifs. Les fenetre peuvent
en outre comporter des légendes 122 relatives aux carac-
téristiques desdits éléments acti~s. Ces légendes peuvent
concerner la nature des e1émentsactifs, les paramètres
de fonctionnement de ces éléments actifs, des limites
de tolérance de fonctionrementde ces éléments actifs.
Au recto, c'est-à-dire sur la face du panneau
destiné à être présenté à l'opérateur-élève, on retrouve
par transparence la sérigraphie, les fenetres de couleur
sur lesquelles sont inscrites les légendes précitées.
Ainsi qu'il sera maintenant décrit à l'aide
des figures 2a et 3, les circuits sont représentés sur
les panneaux par des arrangements 14 de diodes électro-
luminescentes mises bout à bout de manière à matérialiser
le tracé de ces circuits. L'allumage des diodes en fonc-
tionnement est commandé soit de manière permanente, soit
de manière intermittente ou périodique à l'aide des
moyens électroniques de commande. Ainsi qu'il apparaît
en outre en figure 3, ces moyens électroniques de commande
comportent une horloge 30 à fréquence ajustable capable
de délivrer des impulsions de référence Ir de fréquence
comprise dans une gamme de fréquence déterminée.
La fréquence de récurrence des impulsions de ré~érence
Ir peut être comprise entre quelques Hertz à une
trentaine de Hertz. Un système de type registre à d~-
3~
calage 31 resoit des impulsions de référence Ir délivré
par l'horloge, chaque étage de sortie décalé délivrant
des impulsions de commande Ic décalées à un s~stème de
commande d'allumage noté 320 à 32i sur la figure 3
d'une ou d'un groupe de diodes électroluminescentes 14.
Les impulsions de commande Ic décalées délivrées par le
registre à décalage 31 commandent en fait l'allumage
des diodes 14 au pas de deux successivement par l'inter-
médiaire de chaque système de commande d'allumage noté
320 à 32i. On obtient ainsi un allumage progressif de
l'arrangement des diodes électroluminescentes 14 figu-
rant la progression d'un ordre de commande donné par
l'opérateur-élève 3. L'ordre donné par l'opérateur-élève
3 à partir de l'habitacle 1 a pour effet de commander
l'allumage d'une fen8tre 12 ou 13 par exemple simulant
la mise en fonctionnement de l'organe constitutif corres-
pondant du circuit représenté. Bien que non nécessairement
mais de manière avantageuse, chaque fenetre 12, 13
délimitant un arrangement de diodes 14, ainsi que repré-
senté figure 3,peut 8tre munie d'un circuit d'ordre
conditionnel d'éclairement de la fenêtre, circuit 125,
circuit 135 sur la figure 3. Cet ordre conditionnel est
délivré à une porte ET 35, laquelle resoi.t également
les impulsions d'horloge de référence Ir. Sur la figure
3, les circuits 125 et 135 d'ordre conditionnel de fe-
netre présentent chacun une discontinuité destinée à
représenter la liaison et la transmission intermédiaire
par le pupitre de commande 6, et principalement par le
processeur gérant ce pupitre de commande,afin qu'un
contrale puisse etre effectué par le processeur de
gestion et donc par l'opérateur-instructeur. Ainsi,
en présence d'un signal conditionnel d'éclairage des
fen8tres, l'allumage de l'arrangement de diodes 14 peut
357
être exécut~ ~ partir des impulsions d'horloge Ir
dans les conditions précitées.
Un mode de r~alisation particulier de l'horloge
30 et du registre ~ décalage 31 sera maintenant décrit
au moyen des figures 4a et 4b.Selon la figure 4a,
l'horloge 30 comporte essentiellement deux circuits
logiques 301, 302 connectés en cascade, le premier
circuit 301 comportant une capacité de reaction 300.Une
résistance ajustable 303 est connect~e en parallèle sur
l'entrée et la sortie du premier circuit lo~ique 301 et
permet de faire varier la fréquence de récurrence des
impulsions d'horloge. Les circuits logiques 301 et 302
sont des circuits du type "trigger' disponibles dans le
commerce sous la référence 7413 et distribués par la
Société Texas Instru-.ment. La sortie du deuxième circuit
logique 302 est connectée à une pluralité de circuits
d'attaque 304 consistant essentiellement en deux tran-
sistors en cascade. La mise en forme des signaux au
niveau TTL par exemple, c'est-~-dire 5 volts, est assurée
par l'intermédiaire de bascules de type J,K référencées
305, 306 et délivrant les impulsions Ir. On comprendra,
; en raison de la complexité des circuits ~ simuler que
ce mode de réalisatlon permet de disposer d'un nombre
de sorties suffisant pour la délivrance des impulsions
d'horloge Ir.
Le registre à décalage 31,ainsi que représenté
figure 4b,peut être constit~épar exemple par une
succession de bascules de type J,K notées 310, 311 t 31i
et connectées en cascade ainsi que représenté sur la
figure 4b. Chaque sortie Q des bascules précitées
délivre les impulsions de commande Ic décalées par exem-
ple d'une période de récurrence des impulsions de réfé-
rence Ir. Chaque impulsion de commande Ic est delivrée
:~ :
i;357
un des systèmes de commande d'allumage 320 ~ 32i
constitué par un transistor assurant la fonction de
commutation, le collecteur du transistor étant par
exemple chargé par deux diodes électroluminescentes
adjacentes 14 alnsi quereprésenté en figure 4b. Le
registre ~ décalage 31 tel que représenté en figure
4b permet ainsi l'allumage pas ~ pas d'un groupe de
diodes constitué des deux diodes précitées simulant
ainsi la progression de l'ordre donné par l'opérateur-
élève sur la fenêtre 13 préalablementilluminée par
celui-cl. Lors de l'allumage de la dernière diode
électrolumi.nescente ou groupe de diodes de l'arran-
gement considéré, l'allumage de la fenêtre 12 peut
être déclenché soit directement à partir d'une détec-
tion conditionnelle d'allumage de cette dernière diode
ou groupe de diodessoit après un retard pris par exemple
égal à une période des impulsions d'horloge de réfé-
rence Ir. Les ordres d'allumage des fenêtres 13, 12,
compte tenu de l'allumage du ou des arrangements de
diodes 14 reliant ces fenêtres ou des fenêtres non
~: représentées au dessin de la figure 3, sont gérés
~ ~ selon un protocole de priorité contenu en mémoire
:~; du processeur de gestion du pupitre 6. Ce protocole
de priorité peut comporter des séquences de modifi-
cation de vltesse de propagation de l'ordre simulé
sur l'arrangement de diodes électroluminescentes.
Il peut également contenir une ou des séquences de
simulation de panne consistant par exemple en l'inhibi-
: tion de l'allumage d'une fenêtre considérée,par exem-
~30 ple la fenêtre 12, par:simple complémentation de l'or-
dre conditionnel d'allumage de cette fenêtre délivré
: par le circuit 125 au niveau du processeur de gestion
: du pupitre 6. Dans ce but, le processeur pr~cité délivre
et impose un ordre conditionnel complémenté ~ la porte
~: '
~Z4S357
1 1
ET 35. Une remise ~ zéro notée RAZ sur la figure 4b
permet l'extinction de l'arrangement des diodes électro-
luminescentes 14. Ce type de commande électronique permet
donc d'allumer successivement les diodes 14 et de les
maintenir allumer tant qu'on le désire.L'allumage peut
être commandé à vitesse variable de l'arrêt complet à
l'allumage instantané en passant par tous les différents
stades de la vitesse d'allumage au gré de l'opérateur-
instructeur. La progression de l'allumage pas à pas peut
également être figée en tout endroit du circuit repré-
senté par l'arrangement de diodes. L'ensemble des pan-
neaux destiné à représenter les différents circuits de
l'installation ou de l'avion peut ainsi être commandé
en synchronisme du fait de la commande électronique,
l'opérateur-élève pouvant ainsi visualiser immédiatement
l'effet d'une action sur un élément actif dans tous les
circuits.
Un mode de réalisation particulièrement avanta-
geux sera maintenant décrit au moyen de la figure 4c.
Selon ce mode de réalisation, les moyens électroniques
de commande et principalement le registre à décalage 31
comportent des moyens de commande 411 à 41i de l'extinc-
tion de la ou du groupe de diodes ~ partir de la com-
mande d'allumage de la ou du groupe de diodes adjacent.
Sur la figure 4c, les moyens de commande précités sont
constitu~s par une porte ET dont une entrée est ieliée
à la ligne de remise à zéro RAZ et dont l'autre entrée
est connectée ~ la sortie ~ de la bascule de commande
d'allumage immédiatement adjacente, la sortie de chaque
~' 30 porte ET 411 à 41i étant reliée à l'entrée de remise
~ zéro de chaque bascule. Le registre ~ décalage 31,
; tel que représenté en figure 4c,permet l'allumage au
pas de deux des diodes 14 d'un arrangement et l'extinc-
tion immédiate du groupe de deux diodes adjacent immé-
diatement antérieur. Une variation de la ~réquence de
: .
~53~;i7
12
récurrence des impu~sions de référence Ir délivrées
par l'horloge au gré de l'opérateur-instructeur permet
ainsi d'assurer la simulation de la propagation de
l'ordre donné par l'opérateur-élève 3 au moyen de l'al-
lumage d'une seule diode ou d'un groupe de diodes élec-
troluminescentes 14. La vitesse de propagation de cet
ordre donne en plus du mouvement une notion de débit,
notamment dans le cas de la simulation de circuits hy-
drauliques ou même de la commande des gaz de l'avion.
Dans ce dernier cas, la fréquence de récurrence d'hor-
loge, fréquence des impulsions Ir peut 8tre modi~iee ?ar
un ordre émanant de l'opérateur-élève 3, la priorité
entre les ordres donnés par l'opérateur-élève 3 et l'opé-
rateur-instructeur ayant bien sûr été définie selon le
protocole de priorité défini dans le programme contenu
dans l'ordinateur de gestion. A titre d'exemple, plus
lesmanettes de gaz dans l'habitacle 1 sont avancées par
l'opérateur élève, plus le défilement de l'ordre maté-
rialisé par l'allumage d'un groupe de diodes électrolu-
minescentes dénommé ci-après "lièvre" est rapide,
matérialisant en celà et simulant un débit de gaz corres-
pondant. La visualisation de type "lièvre" est également
synchrone sur plusieurs panneaux lorsque une notion de
débit intervient pour une même cause. A titre d'exemple
non limitatif, l'augmentation du régime réacteur par
augmentation du débit de carburant visualisée sur le
circuit d'alimentation en carburant, implique également
une augmentation du débit d'air de pressurisation visua-
lisée et simulée sur le circuit de gén~ration pneumatique.
; ~ 30 A titre d'exemple non limitatif, l'horloge
ajustable 30 peut être commandée par le processeur de
gestion, au moyen d'un circuit de type convertisseur
numérique-analogique, lui-m8me directement relié par
une interface c l'ordinateur ou processeur du pupitre
de commande 6. Dans ce cas, bien que ce mode de réali-
.
357
sation ne soit pas représenté au~ dessins, la résis-
~tance aiustable 303 peut par exemple 8tre remplacée
par une varistance commandée directement par le con-
vertisseur numérique-analogique.
Un exemple particulier de protocole de priorité
entre différents ordres émanant de l'opérateur-instruc-
teur et de l'opérateur-élève sera maintenant décrit
de manière non limitative dans le cas de la simulation
d'une panne de réacteur conformément ~ la figure 5.
Après une phase de début 1000 et de démarrage du réac-
teur 2000, une panne peut être ou non simulée en 3000
par un ordre émanant de l'opérateur-instructeur. En
cas de non simulation de panne, N, une action spéci-
fique 5000, notée SP Action élève 1 peut consister
~: 15 en l'ouverture de la vanne d'admission d'air dans le
compresseur du réacteur, la verification du fonction-
nement du compresseur, l'ouverture de l'alimentation
en carburant.
En cas de simulation de panne, 0, une action
: 20 spécifique 4000 notée SP Action élève 3 peut consister
en outre aux actions spécifiques précédentes avec ce-
~: pendant la commande d'arret des réacteurset le déclen-
chement des circuits de sécurité réacteur. L'action
spécifique 4000 permet un retour en situation antérieure
: 25 ~ la phase 2000 de démarra~e des réacteurs. En l'absen-
ce de simulation de panne, un nouveau test 6000 peut
. être introduit sur les actions effectuées précédemment
; par l'opérateur-élève en 5000.
: En cas de mauvaise sélection par celui-ci de
la position de la vanne de carburant, celle-ci appa-
ra~t comme une panne ou défaut introduit par l'opéra-
teur-élève, 0. Dans ce cas, une nouvelle action spéci-
fique 7000 notée SP Action el~ve 2 permet une commande
: de retour en situation antérieure ~ la phase 2000 de
:
3st~
14
d~marrage par l'op~rateur-éla~e.
En l'absence de d~faut en 6000 N, l'op~rateur-
~l~ve peut alors en 8000, apr~s v~rification des para-
mètres de fonctionnement fr~quence et tension de fonc-
tionnement de l'alternateur op~ré sur les indicateurs
de bord, proc~der ~ l'enclenchement de l'alternat~ur
de l'avion sur le r~seau interne, la suite du traitement
~tant repr~sent~e par 9000.
