Brevet FR2003494A1 — publié le 19691107

L'invention se rapporte à des perfectionnements aux hélicoptères à commande kinesthésique. Le concept de commande kinesthésique et ses applications aux aéronefs a été proposé pour la première fois il y a plus de 20 ans. Cependant, ce concept n'a pas été introduit dans le courant principal du développement technologique et par conséquent la mise en oeuvre des concepts de commande kinesthésique dans un aéronef facilement manoeuvrable, pratique et utilitaire, nta pas encore été réalisée. Le principe de base de la commande kinesthésique est extrêmement simple. Si un homme est capable de se tenir debout sur ses pieds, il est capable de stabiliser une plate-forme volante aussi longtemps que la masse de la plate-forme n'est pas importante en comparaison de celle de l'homme et que la plate-forme n'engendre pas d'importantes forces contraires à la stabilisation. En pratique, on a trouvé que l'effort musculaire requis pour piloter debout une plate-forme volante était moindre que celle requise pour se tenir debout sur la terre ferme. Divers essais de mise en oeuvre des concepts de commande kinesthésique ont été réalisés mais aucun d'eux n'a été entièrement satisfaisant. Ces aéronefs antérieurs à commande kinesthésique comportent une disposition connue, sous le nom de "flying shows" ou sabots volants, dans lesquels deux petites hélices carénées, entraSnées par des moteurs légers, étaient fixées aux pieds du pilote. Des développements ultérieurs ont porté sur l'application du concept de commande kinesthésique pour permettre aux astronautes de manoeuvrer dans l'espace au moyen d'une petite fusée qui appliquait directement une poussée sous la plante des pieds. Cette disposition était indépendante de toute force secondaire telle que le degré d'amortissement des mouvements associé au rotor d'un hélicoptère. Un autre essai d'aéronef à commande kinesthésique etait celui consistant à utiliser un rotor d'hélicoptère piloté par commande kinesthésique et commandé par de l'air comprimé provenant dlun réservoir fixé au sol. En raison du mode de fourniture de la puissance, la possibilité de manoeuvre était limitée par la longueur du conduit souple et ainsi un véritable vol libre était impossible. Cette disposition comportait une balustrade fixée à lthéli- coptère en vue de faciliter la commande car le rotor oscillant librement était plutôt difficile à contrôler. On avait aussi démontré que la stabilité était sensiblement améliorée en réduisant le moment d'inertie de l'aéronef par l'utilisation d'une connexion flexible entre la plate-forme de rotor et la structure auxiliaire.Un système à articulation raide était aussi utilisé et ceci améliorait la stabilité et la manoeuvrabilité. D'autres recherches étaient orientées vers un hélicoptère à rotors coaxiaux à commande kinesthésique et comportant une plate-forme volant hélice carénée. L'hélicoptère à rotors coaxiaux donnait de meilleurs résultats que la plate-forme à hélice carénée bien que l'hélicoptère à rotors coW était très lourd en raison du système complexe dû aux rotors coaxiaux et l'inconvénient de présenter une stabilité statique excessive aux grandes vitesses, il ne pouvait voler à des vitesses supérieures à trente noeuds Cet hélicoptère à double rotor, connu sous le nom d' "hélivecteur", apparat ool-Lme donnant le plus de succès parmi les aéronefs à commande kinesthésique et libre.I1 n'était cependant pas acceptable en raison de son poids excessifs, excessr son manque de sureté et de sa faible vitesse maximum. La présente invention fournit un hélicoptère à commande kinesthésique construit avec un minimum de poids et qui procure l'avantage non seulcs-eïit d'être portable mais également de présenter une manoeuvrabilité améliorez. Un seul rotor, muni d'articulations de battement ou d'une articulation à balancier, est utilisé. L'utilisation d'un seul rotor évite la complexité des rotors coaxiaux à double rotation mais exige un rotor de queue, lequel esc également facilement manoeuvrable. Du point de vue mécanique, l'invention ese extrêmement simple en-utilisant un moteur léger et un simple réducteur dont le boîtier peut constituer une partie de la plate-forme. L'hélicoptère exige seulement un moteur de faible puissance et l'on améliore la sécurité d'autour rotation en utilisant une très faible charge de disque. Sur le dessin La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un hélicoptère à commande kinesthésique selon l'invention dont une partie des lames de rotor a été enlevée, la figure 2 est une vue latérale en élévation d'un hélicoptire selon l'invention dont le rotor de queue est en position repliée, la figure 3 est une vue latérale en élévation de l'hélicoptère selon l'invention dont le rotor de queue et les pales sont en positions repliées, la figure 4 est une vue de dessus et en plan de lshélicoptère selon l'invention représenté figure 1, la figure 5 est une vue latérale en élévation d'un hélicoptère selon l'invention dans une position entièrement repliée, la figure 6 est une vue latérale en élévation d'un hélicoptère å commande kinesthésique selon l'invention dont une partie des lames du rotor c été retirée, la figure 7 est une vue de dessus et en plan de l'hélicoptère commande kinesthésique de la figure 6, la figure 8 est une vue latérale en élévation de l'hélicoptère selon l'invention en position repliée, la figure 9 est une vue de dessus et en plan de l'hélicoptère selon l'invention en position repliée, la figure 10 est une vue en coupe faite selon la section V-V de la figure 6, la figure 11 est une vue fragmentaire en élévation de la fixation de la dérive verticale fixée à l'assemblage, et la figure 12 est une vue fragmentaire en perspective du rotor de queue et de son moyen de commande. Un hélicoptère à commande kinesthésique 10' est représenté en position d'opération de vol, figure 1, lors du décollage ou de 11 atterrissage. L'hélicoptère comporte un ensemble 12' constituant la plate-forme servant à supporter un pilote M'. L'assemblage de la poignée de commande 14' s'étend vers le haut et vers l'extérieur à partir du montant 131 et de façon à être facilement saisie par un homme en position debout M'. L'ensemble du rotor 16' est monté pour pivoter au-dessus du pilote M' et est entraidé par un moteur léger 18'. L'assemblage du rotor de queue 21' est en porte-à-faux sur la tête du rotor en dessous du rotor principal. La plate-forme 12' supporte le pilote M' et l'ensemble du train d'atterrissage 19'. L'ensemble de la poignée de commande 14' peut être constitué par un bati en forme d'anneau fermé ou ouvert autour de l'opérateur et à portée de sa main. Comme illustré à la figure 1, le bâti en forme d'anneau ouvert, composé des barres d'appui 321, est rigidement connecté au montant 13' et comporte des commandes à main 34' et 35'. Les commandes de la poignée peuvent commander des câbles tels que 38' et 40' reliés au moteur et à l'admission des gaz. Un autre cable de commande 42' peut etre utilisé pour commander le rotor de queue. Des instruments appropriés 36' pour mesurer les conditions d'opération tel qu'un double tachimètre, peuvent être montés au-dessus du pilote Ml sur la botte d'engrenage 24'. L'ensemble du rotor 16' est entraîné par un arbre d'entrainement 44' qui est connecté à une section de pale centrale rigide 46' au moyen d'une articulation raide. L'articulation raide peut comprendre une connexion d'en- traînement à ressort 50 comme mentionné ci-dessous et représenté à la figure 10. Fixées aux extrémités extérieures des pales rigides 46', se trouvent des sections extérieures 52' (l'autre section n'a pas été représentée) qui y sont articulées au moyen de charnières 54t et s'étendant en faisant un certain angle avec l'axe de la pale de sorte que l'extrémité extérieure de- la pale ne se replie pas au-dessus du côté interne de la pale.De préférence, un train de leviers, non représenté, permet au pilote de commander l'angle de pas des pales du rotor principal d'une manière connue de façon que le pas puisse entre réduit pour la descente en autorotation (moteur coupé) et pour permettre au pilote de faire varier rapidement la poussée du rotor principal pour effectuer d'autres manoeuvres. Le train d'atterrissage 19' est fixé pour pivoter sur l'assemblage de la plate-forme 12' qui comporte un train d'atterrissage tripode composé des jambes 60', 61' et 62'. Les patins 63', 64' et 65' peuvent être situés aux extrémités des pieds du tripode. La jambe 62' du train d'atterrissage porte une dérive verticale 68'. Les jambes sont constituées de pièces légères et tubulaires coniques contribuant à la stabilité de l'hélicoptère dans la position au sol. La dérive verticale 68' peut être fixée à une jambe 62' d'une manière similaire à celle qui est illustrée à la figure 11 et décrite ci-après. L'assemblage de moteur 18' est connecté, en cours d'opération, à l'assemblage de la boîte d'engrenage 24' qui à son tour est connectée pour pivoter sur la colonne télescopique 17'. L'assemblage du rotor de queue 21' comporte une petite poutre de queue 76' qui est montée pour pivoter autour de son axe à l'intérieur d'un manchon 78' dans le boîtier du train d'engrenage, de sorte que la poutre de queue elle-meme peut être repliée comme représenté à la figure 2. Le rotor de queue 80' est entraîné par le moteur 18' de la manière qui sera décrite ultérieurement en se référant à la figure 12. En cours d'opération, un homme ou un pilote se tenant debout sur l'assemblage de la plate-forme 12' peut faire démarrer le moteur d'entraSne- ment du rotor 16' ainsi que le rotor de queue 80' et faire voler l'hélicoptère pratiquement sans aucune expérience préalable. Toutes les commandes aboutissent à l'assemblage de la barre de la poignée de commande 14'. Lors de l'atterrissage de l'hélicoptère, il peut être plié en un arrangement compact tel que représenté aux figures 2, 3 et 5 pour en assurer la portabilité manuelle. L'hélicoptère se replie en faisant pivoter les extrémités extérieures 52' du rotor autour de la charnière 54', en faisant glisser le montant télescopique 17' à l'intérieur du montant 13' et en faisant pivoter l'ensemble du réducteur du moteur ainsi que le rotor perpendiculairement au montant.Finalement, les axes de connexion 98' sont retirés de leur logement dans 1 'assem- blage du train d'atterrissage 12' et les jambes peuvent alors pivoter autour de leur point 99' de sorte que l'hélicoptère prend la forme compacte représentée à la figure 5 pour un transport manuel aisé. Un mode de réalisation modifié de l'hélicoptère à commande kinesthésique 10 est représenté en position de vol à la figure 6 au moment de l'envol ou de l'atterrissage. L'hélicoptère comporte un assemblage de plateforme 12 pour supporter un pilote M. L' assemblage de la poignée de commande 14 s'étend vers le haut à partir de la plate-forme de façon à pouvoir astre facilement saisie par un homme M se tenant debout. L'ensemble du rotor 16 est monté pour tourner au-dessous de la plate-forme 12 et est entrarné à partir d'un moteur léger 18. L'ensemble du train d'atterrissage 19 est situé -au-dessous du rotor et un arrangement du rotor de queue 21 s'étend vers l'arrière à partir de la plate-forme 12. La plate-forme 12 comporte deux logements 20 et 22 pour supporter les pieds ou les chaussures du pilote ou de l'opérateur M. Ces logements ou chaussons sont montés sur la boîte d'engrenage 24 qui forme la base de la plate-forme. L'ensemble de la poignée de commande 14 comporte une colonne en fourche pivotante 26 montée pour tourner autour des pivots 28 des étriers 30 qui s'étendent à partir de la boîte d'engrenage 24. L'arrangement sur pivot est conçu pour que les barres des poignées de commandes puissent-être verrouillées dans la position verticale ou être pivotées vers le bas. La barre de commande 32 s'détend transversalement au sommet du montant 26 et comporte des poignées de commandes 34 et 35. Des instruments appropriés 36 peuvent être montés sur les barres de commandes et les poignées peuvent commander des câbles de commandes tels que 38 et 40 pour le moteur et l'admission des gaz. Un autre cable de commande 42 peut être utilisé pour commander le rotor de queue. L'ensemble du rotor 16 est entraîné à partir de l'arbre d'entriûne- ment 44 qui est connecté à la partie rigide centrale 46 des pales au moyen d'une articulation raide 48. L'articulation raide peut comporter une connexion d'entraînement à ressort 50. Fixées aux extrémités extérieures de la pale rigide 46, se trouvent des parties extérieures 52, l'autre partie étant non représentée, qui s'y trouvent montées à l'aide de charnières 54 étendant obliquement par rapport à l'axe de la pale, de façon que l'extrémité extérieure de la pale ne se replie pas sur le côté intérieur de la pale, comme le montre la figure 9.De préférence, un train de leviers, non représenté, permet au pilote de commander l'angle de pas des pales du rotor principal d'une manière connue, de sorte que le pas peut être réduit au moment de la descente en auto-rotation, moteur coupé, et permet au pilote de faire varier la poussée du rotor principal très rapidement pour effectuer d'autres manoeuvres. L'ensemble du train d'atterrissage 19 comporte un support de train d'atterrissage 56 représenté figure 10, s'étendant vers le bas de la plateforme et à l'intérieur de l'arbre d'entraSnement 44 et se terminant dans l'ajustage 58 qui comporte un train d'atterrissage tripode pivotant formé par les jambes 60, 61 et 62. Les patins 64 et 65 peuvent être montés aux extrémités inférieures des jambes 60 et 61, la jambe 62 se terminant par une partie incurvée 66 (voir figures 6 et 7) portant la dérive verticale--68. Les jambes sont constituées de pièces légères tubulaires et coniques, de sorte qu'elles ploient légèrement sous le poids de l'opérateur se tenant sur l'hélicoptère, comme le montre la figure 6. La dérive verticale 68 est fixée à la jambe 62 au moyen de brides de fixation pivotantes 70 et 71, voir figure 11, et de la bride de fixation amovible 72 qui pivote autour de l'axe 74 pour libérer la dérive et lui permettre de pivoter autour de l'axe de la jambe 62 jusqu'à sa position repliée de la figure 8. L'ensemble du rotor de queue 21 comporte une poutre de queue 76, montée pour tourner autour de son axe, à l'intérieur de la douille 78 de la plate-forme 12, de façon que la poutre elle-mEme puisse être repliée, comme le montre les figures 8 et 9. Le rotor de queue 80 est entratné à partir du moteur 18 par le câble d'entrainement 82 qui s'étend à l'intérieur de la poutre tubulaire 76. L'entrainement s'effectue à partir de l'arbre d'entraSnement 84. La pale du rotor 80 est fixée à l'arbre d'entratnement 84 par l'intermédiaire de l'arbre pivot 86 qui supporte le moyeu 88 du rotor , un contrepoids 90 s'étendant du cté opposé au rotor 80. Avec cet arrangement, le rotor devient libre de battre. Le contrôle du rotor de queue 80 pour faire tourner l'hélicoptère peut être accompli en contr8lant le pas du rotor de queue au moyen de la tige de commande 92, du levier 94 pivotant en 96 et connecté par le levier 98 à la pale du rotor 80. En cours d'opération, un homme ou un pilote se tenant debout sur la plate-forme 12 peut démarrer le moteur faisant tourner le rotor 16 et commandant le rotor de queue 80 et piloter l'hélicoptère sans avoir acquis pratiquement une expérience antérieure. Les commandes sont entièrement disponibles sur l'ensemble de la barre de poignée de commande 14. Après atterrissage, l'hélicoptère peut être replié en un arrangement compact représenté aux figures 8 et 9 de façon à être facilement portable.L'hélicoptère se replie en faisant pivoter les extrémités externes 52 du rotor autour des charnières 54, en faisant pivoter l'assemblage de la barre de commande 14 autour de son pivot 28, en faisant tourner la poutre de queue 76 dans sa douille 78 et en faisant pivoter le rotor 80 autour de son axe pivot 86 puis en retirant les axes de connexion 98 de leur ajutage 58 pour permettre aux jambes de pivoter autour de leur pivot 99 de façon que l'hélicoptère prenne une position compacte telle que celle représentée aux figures 8 et 9 pour le rendre aisément portable. Bien qu'il soit préférable de replier l'appareil, cette possibilité n'est pas essentielle, par exemple lorsque le coût de l'appareil n'est plus en proportion avec les avantages que l'on en retire. Le nombre des pales de rotor. n'est pas nécessairement restreint à deux mais peut entre égal à tout autre nombre dicté par les exigences techniques. L'opérateur pourrait être équipé dlun capotage le protégeant des intempéries et réduisant la traSnée totale du véhicule. Le rotor peut comporter des pales battant séparément ou une articulation de battement ou à balancier telle qu'illustrée, ou être d'un type connu en porte-à-faux, comme les articulations semi-rigides. BEVENDICATIONS 10) Hélicoptère à commande kinesthésique comportant une plateforme légère capable de supporter un homme en position debout, des poignées de commande au-dessus de la plate-forme, un ensemble d'un seul rotor, connecté en cours d'opération à ladite plate-forme et entrasné au moyen d'un moteur, un train d'atterrissage et un rotor de queue sur la poutre de queue s'étendant vers l'arrière et connectée en cours d'opération audit moteur. 20) Hélicoptère tel que revendiqué en 1 où l'ensemble du rotor comporte des pales qui sont repliables. 30) Hélicoptère tel que revendiqué en 1 où l'ensemble du rotor se trouve situé au-dessus de la plate-forme. 40) Hélicoptère tel que revendiqué en 1 dans lequel l'ensemble du rotor est situé au-dessous de ladite plate-forme. 50) Hélicoptère tel que revendiqué en 2 où le train d'atterrissage comporte un ensemble de jambes, l'une d'elles supportant la dérive verticale, les jambes étant pivotantes et repliables par rapport à la plate-forme et la dérive verticale étant pivotante et repliable autour de la jambe qui la supporte. 60) Hélicoptère tel que revendiqué en 4 dans lequel les poignées de commande comportent une barre de commande pivotante et repliable par rapport à la plate-forme. 70) Hélicoptère tel que revendiqué en 4 dans lequel l'axe pivot de chaque pale fait un certain angle avec l'axe longitudinal de la pale, de façon que la partie extérieure de la pale se replie en faisant un certain angle avec ladite portion rigide de la pale. 80) Hélicoptère tel que revendiqué en 2 dans lequel le rotor de queue et le moteur sont contrôlés par des commandes portées sur la barre de la poignée. 90) Hélicoptère tel que revendiqué en 1 dans lequel l'entratnement du rotor de queue s'effectue par l'intermédiaire et à l'intérieur de la poutre de queue, ladite poutre étant tubulaire.