Brevet FR2125157A1 — publié le 19720929

La présente invention concerne un avion à décollage et atterrissage verticaux et son mode de fonctionnement. Des avions à décollage et atterrissage verticaux de types divers ont été antérieurement réalisés, mais aucun d'eux nga donné entière satisfaction comme le met en évidence le fait qu'au cun d'eux n'a été jusqu'ici utilisé à l'échelle commerciale. Certains de ces appareils antérieurs décollent en soulevant d'abord leur nez à partir d'une position d'assise sur leur queue, et d'autres se présentent sous la forme de soucoupes volantes, ou appareils similaires, complètement différentes des formes classiques. Certains de ces avions sont munis de rotors de décollage repliables ou non et d'autres sont munis de propulseurs à contre-rotation, de turbo-réacteurs à tuyère orientable ou autres systèmes de propulsion par réaction permettant de passer du vol vertical au vol horizontal normal. On sait bien que les passagers des lignes aériennes refuseraient d'utiliser des appareils dont la conception, l'apparence et les performances s'écarteraient trop radicalement de celles des appareils classiques, et c'est là l'une des nombreuses difficultés qui s'opposent au succès commercial des avions i décollage et atterrissage verticaux actuellement connus. Mais, l'aviation commerciale aurait grand besoin de teis appareils car l'insuffisance de la capacité des pistes d'envoi et d'atterrissage devient critique dans le monde entier en raison de la croissance constante des transports aériens. La réalisation d'un avion de ligne à décollage et atterrissage verticaux donnant réellement satisfaction permettrait un développement spectaculaire immédiat et futur de l'industrie aéronautique. En vue de résoudre les problèmes et de satisfaire aux besoins précités, la présente invention a pour objet la réalisation d'un avion à décollage et atterrissage verticaux qui, ainsi que son mode de fonctionnement, soit parfaitement utilisable en pratique, d'un emploi sûr et relativement conomique, et présentant l'avantage très important que ses éléments moteurs puissent être utilisés sur des avions à ailes fixes par ailleurs de type classique tels que les avions de ligne à réaction modernes. Sauf au décollage et à l'atterrissage de l'avion selon l'invention, au cours desquels celui-ci est suspendu par la queue à un rotor unique, les passagers se trouvent du départ à l'arrivée dans les conditions de vol normales d'un avion classique moderne. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif et avec référence aux dessins joints dans lesquels La figure 1 est une vue en perspective de l'avion selon l'invention à décollage et atterrissage verticaux tel qu'il se présente au repos au sol. La figure 2 est une vue de profil schématique de l'avion de la figure 1. La figure 3 est une autre vue de profil de l'avion montrant la position qu'il prend au début de son décollage sous l'ac- tion de son rotor de queue. La figure 4 est une autre vue de profil de l'avion suspendu à son rotor de queue après qu'il a pris son attitude de décollage vertical: La figure 5 est une vue de profil de l'avion au cours de son passage en vol normal, les pales de son rotor ayant été partiellement repliées par pivotement contrôlé. La figure 6 est une vue de profil de l'avion en vol horizontal, les pales de son rotor de queue ayant été complètement repliées mais celui-ci n'étant pas encore rentré dans sa chambre de remisage ; et La figure 7 est une vue de profil similaire à celle de la figure 6 mais montrant l'avion en vol horizontal normal, rotor de queue complètement replié et rétracté. Sur les dessins joints, la référence 15 désigne dans son ensemble un avion à ailes fixes, par exemple un avion de ligne à reaction pour le transport de passagers et capable de voler au moins entre 800 et 960 km/h bien qu'équipé selon l'invention. Il y a lteu d1insister sur le fait que cette possibilité de vol à grande vitesse constitue l'une des caractéristiques les plus importantes de l'invention par comparaison avec de nombreux avions à décollage et atterrissage verticaux antérieurs dont la vitesse normale de vol est fortement réduite pour permettre l'obtention des mouvements verticaux désirés de l'avion. t'avion 15 est dans son ensemble de construction classique et comporte un fuselage 16, des ailes fixes 17, un empennage normal et des moteurs à réaction 18. Mais, l'invention n'est pas limitée à la configuration particulière d'avion représentée sur les dessins joints et peut Etre utilisée sur un grand nombre d'a vions de type classique actuel ou d'un type dont l'emploi futur est prévisible. L'avion 15 est équipé d'un train d'atterrissage tricycle de type courant comprenant des roues 19 placées sous ses asles et des roues avant rétractables 2G placées sous son nez, ainsi que d'autres appareillages usuels. Une différence entre l'avion 15 et les avions classiques consiste en ce que son 11-abitacle 21 est, de préférence, monté de gazon à pouvoir pivoter dans le fuselage autour d'un axe transversal horizontal pour que le siège du pilote demeure constamment horizontal quelle que soit, ainsi qu'on le voit clairement sur les dessins oints, l'attitude prise par l'avion. L'habitacle entier peut pivoter par rapport au fuselage sous l'effet d'un contre-poids 22 formant pendule, placé au-dessous de son axe de pivotement 21' et qui le maintient ainsi en position horizontale. Les sièges de passager 23 placés à l'intérieur du fuselage 16 sont tournés vers l'arrière de l'appareil et sont fixes par raison de sécurité.Au cours de la montée verticale de l'appareil représentée sur la figure 4, cLaque passager repos-e confortablement avec son dos en appui sur le dossier de son siège et n'est soumis à aucune contrainte particulière pendant les temps relativement courts d'ascension verticale au décollage et de descente verticale à l'atterrissage. L'avion de l'invention comprend aussi un rotor de queue 24 dont les pales tournantes 25 portent chacune sur leur extrémité une tuyère d'éjection 26, ces tuyères développant des forces de réaction qui Impriment au rotor son mouvement de rotation. L'ensemble du rotor ?4 est monté tout entier sur un mât 27 dont l'extrémi- té intérieure peut pivoter par rapport à la queue de l'avion 15 autour d'un axe transversal 28, ce qui permet à ce mât d'effectuer des rctations de 900 par rapport au fuselage 16 de l'avion entre ses positions extrêmes des figures 2 et 4. Le mât 27 peut être éguipé d'un dispositif de verrouillage déclenchable de type quelconque connu cul le bloque sur sa position de la figure 2 pour laquelle il est perpendiculaire au fuslage 16 et qui, lorsqu'il est déclenché, permet à ce mat et à l'avion de pivoter librement l'un par rapport à l'autre. tes gaz de propulsion rejetés par les moteurs principaux 18 sont amenés par des conduits appropriés à circuler dans le ornât 27 puis dans les pales 25 du rotor et s'échappent par les tuyères d 'évection 26, les conduits, les raccords et les volets nécessaires à cet effet étant de type classique et bien connu de tout homme du métier. Les pales 25 du rotor sont montées de façon à pouvoir se replier vers le haut et, au moment voulu, à s'effacer complbte- ment de façon qu'elles puissent être rétractées dans une chambre de remisage 29, longitudinale, tubulaire et située dans la partie supérieure du fuselage au-dessus du compartiment à passagers. Cette chambre de remisage s'ouvre vers l'arrière. Ainsi qutil sera décrit plus loin et comme le montrent les figures 5, 6 et 7, l'ensemble du rotor 24 après repliement de ses pales et du mât 27 peut être rétracté en bloc d'un mouvement longitudinal dans la chambre de remisage 29 en cours de vol horizontal normal, l'avion de l'invention ayant alors l'aspect d'un avion classique.Le rotor 24 est muni des mécanismes habituels de commande de la variation cyclique et de la variation collective du pas de ses pales, mécanismes bien connus dans la profession et en particulier dans la construction des rotors d'hélicoptères, et ces mécanismes permettent de contrôler les conditions du vol et le pas des pales du rotor lorsque l'avion est suspendu à celui-ci comme représenté sur la figure 4. L'invention n'est pas limitée à l'emploi d'un type de rotor particulier, et il existe des rotors à pales repliables par pivotement vers le haut qui conviennent pour la mise en application de l'invention. De plus, les mécanismes permettant de mettre en extension le rotor et son mât et de les rétracter dans la chambre longitudinale 29 peuvent être d'un type courant quelconque bien connu dans la profession. Lorsque l'avion est au repos au sol, le mât 27 du rotor, ainsi qu'on le voit sur la figure 2, est verrouillé sur sa position verticale et ses pales 25 sont horizontales. Au décollage, toute la poussée fournie par les moteurs à réaction de l'avion est dirigée à l'intérieur des pales 25 du rotor vers les tuyères d'éjection 26. Lorsque le rotor 24 commence son mouvement ascendant, le mât pivotant 27 est déverrouillé. L'avion peut alors prendre librement ses positions successives d'équilibre sous le centre de traction du rotor, la succession de ces positions d'équilibre au décollage étant illustrée par les figures 2, 3 et 4.Lorsque l'avion cesse autre en contact avec le sol (figure 4), le rotor 24 demeure horizontal, le fuselage 16 de l'avion ayant pivoté de 90c par rapport au mât 27 et étant devenu coaxial avec celui-ci. L'avion pend alors librement sous son axe de pivotement 28. Après que l'a- vion a été élevé par le rotor 24 à une hauteur suffisante qui lui assure toute la sécurité nécessaire, le passage en vol normal sur ses ailes sustentatrices s'effectue essentiellement en laissant l'avion prendre un piqué dont il sort par une ressource comme le montre la figure 5. Plus précisément, le passage en vol horizontal peut Etre dans ses grandes lignes, décrit comme suit. Le pas des pales du rotor est d'abord réduit ainsi que la puissance motrice fournie aux tuyères d'éjection 26. Apres quoi, toute puissance motrice est coupée sur le rotor qui ae met en autorotation. A peu près simultanément, la poussée motrice est renvoyée-dans les moteurs de propulsion 18 par un système approprié de conduits et de volets. Le pas des pales du rotor est ensuite graduellement augmenté vers leur position de mise en drapeau ce qui a pour effet de ralentir la rotation du rotor, et, à mesure que les pales 25 ralentissent leur mouvement, elles se replient vers l'arrière comme on le voit sur la figure 5 et l'angle que fait l'axe du rotor avec la verticale augmente graduellement, ce qui diminue la force ascensionnelle qu'il développe, et l'avion accélère sa vitesse de piqué, la puissance motrice lui étant alors fournie normalement par la poussée développée par les moteurs 18. Le piqué de avion se termine par une mise en vol horizontal effectuée par des manoeuvres clas- siques comme sur un avion normal à ailes fixes.L'ensemble constitué par le rotor 24, son moyeu et son mât est ensuite rétracté en bloc vers l'avant de l'appareil dans la chambre 29 ouverte sur l'arrière (figures 6 et 7) et est remisé longitudinalement dans le fuselage 16 au-dessus et à l'extérieur du compartiment à passagers, Au cours du repliement et du déploiement des ailes 25 du rotor, leur angle d'inclinaison peut être respectivement contré et commandé par un mécanisme 30 à mouvement rectiligne monté audessus du mt 27 du rotor. Ce mécanisme peut eAtre étudié pour permettre aux pales d'effectuer leur mouvement individuel de battement pendant que le rotor est utilisé pour soulever avion. Le rotor 24 peut aussi être équipé d'un frein de type courant.De plus, ce rotor peut Aetre étudié pour pouvoir tourner en moulinet et fournir ainsi la traînée nécessaire pendant la descente de l'avion. Au cours de cette descente, le courant d'air qui vient frapper par dessous le rotor partiellement replié tend à mettre ses pales sur leur pas négatif maximum, de sorte que le rotor tourne en moulinet dans le mEme sens que lorsqu'il est. en rotation motrice ou en au torotation par une combinaison de l'emploi du mécanisme de commande 30 qui contre l'angle d'inclinaison des pales et du frein du rotor, le pas négatif pris par les pales lorsque le rotor tourne en moulinet et, par suite, la tratnée qu'il fournit et la vitesse de descente de l'avion, pouvant ainsi être contrôlée au cours de son passage en vol horizontal sur ses ailes porteuses et au cours de sa sortie d'un tel vol. L'avion étant en vol horizontal, son passage en vol vertical de descente suspendu à son rotor 24 s'effectue simplement en inversant la suite des opérations qui viennent d'être décrites. La puissance motrice est coupée sur les moteurs à réaction 18 qui fournissent la poussée propulsive de l'avion, ce qui a pour effet de ralentir la vitesse de celui-ci et d'amorcer sa descente à partir d'une altitude relativement importante. Le rotor 24 est ensuite mis en extension hors de la chambre 29, et le mécanisme de commande 30 est utilisé pour amorcer le déploiement de ses pales 25. Ce déploiement provoque l'établissement d'une traSnée qui ralentit encore la -;+3se du rotor et la rotation en moulinet de celui-ci, ce qui accrot l'angle de piqué de l'avion. Les pales 25 poursuivent leur mouvement de dépliement sous l'action de la force cen trifuge et (ou) du mécanisme de commande 30, et la puissance réactive est graduellement transférée des moteurs 18 vers les tuyères d'éjection 26 du rotor. Les pales de celui-ci sont mises à l'aide du mécanisme de variation collective du pas, sur le pas positif approprié qui leur permet de fournir la poussée ascensionnelle normale en marche motrice. Le rotor est mis en autorotation lorsque cela devient nécessaire. L'avion 15 est alors entièrement soutenu par le rotor 24, son fuselage 16 étant sensiblement vertical, et sa descente dans cette position est contrôlée par les mécanismes de commande habituels de variation collective et de variation cyclique du pas des pales du rotor. Lorsque le nez de l'avion touche le sol, sa queue est abaissée par un emploi approprié des mécanismes de commande du rotor et de contre de ses embardées jus- qu'à ce que le fuselage de l'avion repose sur le sol en position horizontale. Avant que la puissance motrice ne soit coupée sur le rotor, le mat 27 est verrouillé sur sa position verticale de la figure 2 pour empocher qu'il ne bascule autour de son axe de pivotement 28. On voit donc que l'invention permet la réalisation d'un avion à décollage et atterrissage verticaux largement similaire à un avion de ligne à réaction en ce qui concerne sa capacité de transport, le confort de ses passagers, sa vitesse et sa manoeuvramilité. Le décollage et l'atterrissage verticaux de l-'avion de l'invention sont obtenus au moyen d'un rotor de queue similaire à celui d'un hélicoptère et monté sur un mSt qui est rattaché à l'avion par un pivot transversal. Les ailes de ce rotor sont replia b;es et, en cours de vol normal, il est rétracté dans une chambre de remisage prévue à cet effet et s'ouvrant sur l'arrière de l'avion. .Jusqu'ici, aucune mention spéciale n'a été faite en ce qui concerne le controle des embardées et de la direction du déplacement de l'avion lorsque celui-ci vole sous l'action du rotor 24. I1 existe de nombreux procédés et appareils classiques de contrôle des embardées d'un rotor du type décrit, et les dispositifs utilisés à cet effet ne font pas partie de la présente invention, tout dispositif classique approprié pouvant être utilisé dans sa mise en application. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'exécution d'un décollage vertical suivi d'un vol sensiblement horizontal d'un avion comportant un fuselage qui est sensiblement horizontal lorsque l'avion est au repos sur le sol, des ailes fixes, des moteurs fournissant une poussée propulsive et un rotor unique articulé sur la queue de son fuselage ; ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : soulèvement de la queue du fuselage de l'avion à partir d'une position horizontale, l'avion étant au repos sur le sol, ce qui a pour effet de faire pivoter le fuselage de l'avion autour de son nez, lequel demeure en contact avec le sol pendant cette opération ; soulèvement par sa queue et en bloc de l'avion au-des- sus du sol sous l'action de son rotor, après le pivotement qui vient d'être décrit de son fuselage, l'avion étant alors suspendu à son rotor en position pratiquement verticale ; élévation de l'avion ainsi suspendu à son rotor à une hauteur substantielle ; mise de l'avion en piqué sensiblement vertical et sortie de ce piqué par une manoeuvre qui met l'avion en vol normal et sensiblement horizontal sur ses ailes porteuses, et, simultanément, arrêt progressif de l'action du rotor, repliement de ses ailes et retrait en bloc de ce rotor longitudinalement dans le fuselage de l'avion; et utilisation de la poussée propulsive fournie par lesdits moteurs pour maintenir l'avion en vol horizontal. 2 - Procédé de fonctionnement d'un avion,caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : soulèvement de l'avion à partir d'une position initiale sensiblement horizontale pour laquelle sa queue repose sur le sol de façon à faire pivoter cette queue vers le haut à partir du sol et, simultanément, son nez sur le sol jusqu a ce que l'avion ait pris une position sensiblement verticale ; élévation en bloc de l'avion maintenu sur cette attitude verticale à une hauteur substantielle au-dessus du sol; mise de l'avion en piqué sensiblement vertical suivi d'un passage en vol sensiblement horizontal ; et application sur l'avion d'une puissance motrice qui le maintient en vol horizontal. 3 - Procédé de fonctionnement d'un avion, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes : soulèvement de l'avion par sa queue à partir d'une position de repos au sol sensiblement horizontale jusqu'à ce qu'il ait pris une attitude sensiblement verticale ; soulèvement de l'avion maintenu sur cette attitude à une hauteur substantielle au-dessus du sol ; mise de l'avion en piqué sensiblement vertical se terminant par la mise de l'avion sur une attitude de vol horizontal et maintien de l'avion sur cette attitude au moyen de moteurs ; atterrissage sensiblement vertical de l'avion obtenu en réduisant d'abord la puissance motrice de ;'avion en vol horizontal de façon qu'il commence à prendre une attitude de descente inclinée puis en appliquant sur la queue de l'avion-une tratnée et une force ascensionnelle graduellement croissantes pour ralentir le mouvement de descente de l'avion et augmenter graduellement son inclinalson jusqu'à ce qu'il ait pris une attitude sensiblement verticale ; abaissement de l'avion sur cette attitude verticale en direction du sol et avec une vitesse décroissante jusqutà ce que son nez touche le sol ; et abaissement de la queue de l'avion jusqu'à ce que celui-ci repose sur le sol en position sensiblement horizontale. 4 - Avion convertible à décollage et atterrissage verti chaux, caractérisé en ce qu'il comprend : un fuselage muni d'ailes sustentatrices fixes et de moteurs fournissant une poussée propulsive ; un rotor de soulèvement pivotant sur la queue de l'avion autour d'un axe transversal et dont les pales sont repliables ; un mécanisme de commande agissant sur les pales de ce rot or et permet tant de les déplier et de les replier ; et une chambre de remisage, ouverte sur l'arrière, logée dans le fuselage de l'avion et dans laquelle le rotor de soulèvement peut être entièrement rétracté après que l'avion, ayant effectué son décollage, passe en vol normal horizontal. 5 - Avion selon la revendication 4, caractérisé en ce que son fuselage comporte un habitacle pivotant qui maintient horizontal le siège du pilote quelle que soit lå position angulaire prise par le fuselage de l'avion pendant son décollage, son vol normal et son atterrissage. 6 - Avion selon la revendication 4, caractérisé en ce que son rotor de soulèvement est monté sur un mât qui pivote directement sur la queue du fuselage de l'avion et qui supporte les pales et les dispositifs de commande du rotor. 7 - Avion selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de commande qui permet de déplier et de replier les pales du rotor est un dispositif de commande à mouvements rectilignes coaxial avec le mât du rotor. 8 - Avion selon la revendication 4, caractérisé en ce que son fuselage forme un compartiment longitudinal dans lequel sont logés les passagers et qui s'étend sur la majeure partie de sa longueur, la chambre de remisage du rotor étant constituée par un autre compartiment longitudinal placé au-dessus et à l'extérieur du compartiment à passagers. 9 - Avion selon la revendication 8, caractérisé en ce que les sièges du compartiment à passagers sont tournés vers l'arrière, de sorte que chacun des passagers de l'avion repoe confortablement avec son dos en appui sur le dossier de son siège pendant le décollage et l'atterrissage verticaux de l'avion. 10 - Avion selon la revendication 4, caractérisé en ce que son rotor de soulèvement est un rotor d'hélicoptère muni des mécanismes habituels de variation collective et de variation cyclique du pas de ses pales, et en ce qu'il est prévu sur les extrémités de ces pales des tuyères d'éjection qui fournissent les forces de réaction qui assurent la rotation des pales du rotor pendant le décollage et pendant l'atterrissage de l'avion. 11 Avion selon la revendication 10, caractérisé en ce que son roto-S-le soulèvement est monté sur un mat qui pivote directement sur la queue de Avion autour dudit axe transversal et peut ainsi effectuer des rotations de 900 environ entre une première position pour laquelle son mat est sensiblement perpendiculaire au fuselage de l'avion et une deuxième position pour laquelle il est sensiblement coaxial avec celui-ci.