Brevet FR2190661A1 — publié le 19740201

La présente invention concerne en général les aéronefs et plus particulièrement les systèmes de propulsion et de manoeuvre pour aéronefs. Bien que la présente invention soibtargement applicable à des aéronefs basés sur de nombreux modes différents de construction, elle vise plus particulièrement les aéronefs du genre semi-rigide qui comportent un certain nombre d'enveloppes contenant du gaz sous pression, par exemple un nombre discret d'enveloppes allongées et gonflables disposées suivant des axes parallèles respectifs, et reliées entre elles par une structure formant un cadre ou chassies rigide. Dans la conception d'un système de propulsion et de manoeuvre pour un aéronef, il faut tenir compte de la nature de source de puissance motrice, par exemple le type de moteur, de la source d'énergie, par exemple le carburant, ainsi que du procédé adopté pour assurer la propulsion. Les problèmes visant à assurer la propulsion et la possibilité de manoeuvre doivent être résolus par l'emploi de sources de puissance distinctes et discrètes, ou bien en adoptant une source combinée de puissance convenablement contrôlée afin de satisfaire à la double condition de la propulsion et de la possibilité de manoeuvre. La ou les sources de puissance assurant la propulsion et/ou la manoeuvre doivent pouvoir fournir a) la poussée de propulsion pour le vol normal en palier de l'aéronef; b) le moment de tangage pour assurer la commande de l'aéronef autour d'un axe transversal horizontal; c) le moment de roulis pour assurer la commande de l'aéronef autour d'un axe longitudinal horizontal; d) le moment de lacet pour assurer la commande autour de l'axe vertical, e) une poussée inverse pour un réglage précis de la position de l'aéronef et le ralentissement de celui-ci. f) une poussée verticale, tant vers le haut que vers le bas, pour effectuer les manoeuvres et compenser le poids, et enfin g) une poussée latérale pour un réglage précis de la position de l'aéronef et la commande latérale, surtout à proxi mité du sol. On a déjà proposé de munir un aéronef d'un système de propulsion disposé à l'arrière de l'aéronef, et d'assurer la manoeuvre à l'aide d'un certain nombre d'hélices individuelles réparties autour de la périphérie de l'aéronef. Cependant, cette disposition des hélices présente plusieurs inconvénients, y compris une mauvaise accessibilité en vol, de longues lignes de trans- mission pour parvenir jusqu'aux hélices de manoeuvre, et la vulnérabilité face aux détériorations et aux effets du givre. l'un des buts de la présente invention consiste à prévoir un système perfectionné de propulsion et/ou de manoeuvre qui permet d'éviter les inconvénients évoqués ci-dessus. Ce but est réalisé suivant la présente invention par le fait que la propulsion et/ou la manoeuvre sont assurés grâce à un système de tuyères de réaction à air situé au centre de gravité de l'aéronef ou à proximité de ce centre, et comprenant une conduite d'amenée d'air, des dispositifs pour produire un écoulement forcé d'air à travers cette conduite d'amenée, et au moins trois sorties orientées vers l'extérieur de la coque de l'aéronef et munies de tuyères ou buses commandées permettant d'exercer la poussée vectorielle dans n'importe quelle direction voulue. L'écoulement forcé de l'air peut être produit par exemple à l'aide d'un moteur à piston, d'une turbine à gaz, ou d'un moteur à réaction. Pour permettre de mieux comprendre l'invention, la description d'un mode préféré de réalisation en sera maintenant donnée à titre d'exemple non-limitatif en se référant au dessin annexé, sur lequel Les figures la, lb, et lc sont respectivement des vues schématiques latérales, en bout et en plan d'un mode de réalisation du système de tuyères de réaction à air suivant la présente invention, et; les figures 2a, 2b et 2c montrent des vues de détail de certains éléments des figures la, lb et lc. Le système à tuyères de réaction à air pour la ropul- sion et/ou la manoeuvre d'aéronefs décrit ci-après peut être appliqué à de nombreux types différents d'aéronefs, mais il sera examiné ici dans le cas de son application à un aéronef du genre comprenant plusieurs enveloppes discrètes, gonflables, de forme allongées et disposées selon des axes longitudinaux parallèles et respectifs, reliées entre elles par un chåssis rigide. le système à tuyères d'air de réaction pour la manoeuvre et/ou la propulsion,. qui est représenté sur le dessin, est monté à l'intérieur de l'aéronef dans le châssis 11, entre les pontons, c'est-à-dire des-enveloppes discrètes et gonflablés, de forme allongée, désignées en 10 sur la figure lb. Le nez de l'aéronef, qui se trouve à gauche sur la figure la (flèche F vers l'avant) et comme le montre également la figure la une source de puissance 12 est montée dans le châssis 11 entre les pontons 10. La source de puissance 12 peut être constituée par un moteur à piston, une turbine à gaz ou un moteur à réaction, par exemple. On peut éventuellement préférer de grandes tuyères à ventilateur et à by-pass. le moteur à réaction constitue un groupe complet et compact ayant au montage un poids relativement réduit, que l'on pourrait utiliser sur l'aéronef en exploitant le principe d'une pompe à tuyère; cependant,-le rendement d'un tel système est jugé comme étant sensiblement inférieur à celui d'un système à ventilateur. Les turbines à gaz sont préférables, de loin, aux moteurs à pistons, attendu que ces derniers sont généralement refroidis par air et qu' en les installant à bord d'un aéronef il leur faudrait une installation spéciale de refroidissement par air forcé, pour éviter tout surchauffage lorsqu'on opère à faible vitesse pendant des périodes prolongées. I1 est actuellement préférable d'utiliser plusieurs moteurs, ce-qui réduit au minimum l'influence sur le rendement de l'ensemble en cas de panne d'un moteur. La source de puissance 12 est représentée comme étant accouplée à un ventilateur ou hélice 14. L'hélice 14 est placée à l'intérieur d'une gaine 16 qui s'étend le long de l'axe longitudinal de l'aéronef et qui, comme on le voit sur la figure lb, comporte quatre tubulures ou branches de sortie 18 qui se terminent chacune sensiblement à la surface extérieure de l'aéronef par une tuyère ou buse de sortie 20 à orientation réglable. le centre de gravité de l'aéronef est indiqué par le point CG, figure la, et lion peut constater que ces tuyères de sortie 20 se trou vent sensiblement dans un plan transversal passant par le centre de gravité.Les conduites d'échappement 18 s'étendent vers l'extérieur à partir de la gaine 16, dans une direction inclinée par rapport à l'extrémité arrière de l'aéronef et aussi latéralement vers l'extérieur, comme l'indiquent les flèches de poussée P. Un volet vertical de commutation 21 (figure 2a) est prévu à chacun des emplacements désignés en A, figure lb, afin de commander le mouvement en lacet et la poussée latérale. Bans la position que montre la figure 2a, le volet 21 produit un mouvement d'allure courbe, dans le sens latéral et vu du haut, ou une poussée latérale déplaçant l'aéronef vers tribord (flèche 2), selon les positions des tuyères 20 y associées. Dans la position. en pointillé, l'écoulement est vers babord (flèche B). Un volet horizontal de commutation 23 est représenté figure 2b et occupe la position indiquée en B sur la figure la. Le volet horizontal de commutation 23 commande le mouvement de tangage et la poussée verticale. Dans la position représentée figure 2b, il produirait soit un mouvement de tangage tandant à relever le nez B de l'aéronef, soit une force ascensionnelle selon la position des tuyères 20 y associées et dans la position en pointillé vers le haut H. La figure. 2c indique la géométrie des .tuyères et comment chaque tuyère comprend un joint tournant 24 permettant sa rotation sur 3600 par rapport à sa tubulure de sortie 18. La position réelle en rotation de l'une quelconque des tuyères 20 est commandée par un dispositif 26 commandé à partir du tableau de bord dont dispose le pilote de l'aéronef Les angles indiqués sur le dessin, relatifs au calage des tuyères par rapport aux tubulures et aux axes tant longitudinal que transversal de l'aéronef ne doivent être considérés qu'à titre indicatif quant à des positions-type de ces tuyères et sans but limitatif quelconque. le système de tuyères à air que montre le dessin est alimenté de préférence par de l'air, que çe soit pour la combustion des moteurs ou pour l'entrainement par le ventilateur, et cet air est extrait de la couche-limite de l'aéronef vers l'extrémité arrière de la coque. L'air extrait de cette couche limite vers l'extrémité arrière de la coque est ensuite canalisé vers les moteurs 12 et le ventilateur 14. Cependant, la source d'air pour les moteurs 12 et le ventilateur 14 pourraient aussi être l'atmosphère ambiante, le prélèvement s'effectuant en un autre endroit quelconque autour de la coque de l'aéronef. Le système de tuyères à air décrit ci-dessus présente plusieurs avantages importants. En plus de son extrême compacité, ce système est plus léger qu'une installation comportant une -multitude d'hélices extérieures et, en dehors d'une diminution de la poussée, une panne éventuelle de moteur n'affecte nullement le fonctionnement du système. le problème du rendement de l'hélice, qui surgit lorsqu'on opère suivant un certain angle par rapport au courant d'air, est éliminé, et attendu que les moteurs et l'hélice sont agencés dans une zonebien protégée, l'hélice n'est nullement vulnérable ni exposée à un endommagement éventuel ou à un risque de givrage. Les tubulures et tuyères pourraient être réalisées en matière plastique renforcée par de la fibre de verre, par exemple. le système à tuyères à air s'installe aisément et reste facilement accessible en vol, ce qui permet d'effectuer certaines opérations de réparation et d'entretien pendant le vol. De plus, les temps de réaction ou de réponse des commandes peuvent être réduits attendu qu'il nty. a pas de couples gyroscopiques en jeu. La conception de l'hélice est relativement simple et il n'y a pas lieu de tenir compte de variations de charge. Enfin, les problèmes suscités par les arbres de transmission ou les engrenages sont supprimés. - REVENDICATIOiJS 1.- Un aéronef comportant un système de propulsion et/ou de manoeuvre à tuyères de réaction à air pulsé, placé au centre de gravité CG de l'aéronef ou à proximité de ce centre de gravité, caractérisé en ce qu'il comprend une conduite 16 d'arrivée de l'air, un dispositif.l2 pour produire un écoulement forcé -d'air dans cette conduite 16 d'arrivée d'air, et au moins trois tubulures 18 de sorties orientées vers l'extérieur de la coque de l'aéronef et munies de tuyères 20 commandées permettant de diriger la poussée dans n'importe quelle orientation vectorielle désirée. 2.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif prévu pour produire un écoulement forcé d'air comprend une turbine à gaz, un moteur à pistons ou un moteur à réaction, monté en avant par rapport à la conduite d'entrée, et une hélice ou un ventilateur logé à l'intérieur de ladite conduite. . 3.- Aéronef selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les tuyères de sortie se trouvent sensiblement dans un plan transversal par rapport à l'axe longitudinal de l'aéronef et traversant le centre de gravité de l'aéronef. 4.- Aéronef selon l'une quelconque des- revendications 1 - 3, caractérisé en ce que ladite conduite d'arrivée d' air comprend intérieurement un volet horizontal de commutation 23 qui permet de répartir l'écoulement d'air entre des paires respectivement supérieure et inférieure de tubulures de sortie, et dans lequel les paires précitées de tubulures de sortie comprennent chacune un volet vertical 21 de commutation destiné à répartir l'écoulement d'air parmi les sorties respectives. 5.- Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tuyère est orientable sur 3600. 6.- Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système à tuyères à air est logé à l'intérieur d'un châssiS rigide 11 situé entreCsa=-J veloppes 10 discrètes gonflables, de forme allongée, disposées selon des axes longitudinaux parallèles respectifs. 7.- Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air d'alimentation de ladite conduite d'arrivée est extrait de la couche-limite de l'aéronef. 8.- Aéronef selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'air est extrait de la couçhe-limite dudit aéronef vers l'extrémité arrière de la coque de l'aéronef, et canalisé vers l'avant par les dispositifs prévus pour produire l'écoulement forcé d'air. 9.- -Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite d'arrivée et les tubulures de sorties sont réalisées en matière plastique renforcée par de la fibre de verre.