Brevet FR2150246A1 — publié le 19730406

Le Maintien de l'équilibre dans l'horizontalité des avions à décoflege vertical, tant que ceux-ci n'ont pas atteint la vitesse permettant la conduite aéro-dynamique, constitue un problème très important. Ce problème est généralement résolu manuellement par le pilote qui provoque des éjections d'air comprimé aux points convenables de l'a vion. Ce moyen constitue une sujétion pour le pilote. L'instrument de navigation aérienne suivant le présent texte, dont la technique actuelle ne fait pas état, du moins à notre connaissance, d'appareil similaire, obvie à cet inconvénient en rétablissant automati- quement l'horizontalit longitudinale de Avion, horizontalité qui est la plus importante. fl est basé sur la pesanteur et l'originalité de l'appareil consiste à se repérer à une boule pesante suspendue verticalement dont on neutralise le déplacement dû à l'inertie, résultant de l'accélération ou de la déoélératioa de l'avion. n se présente suivant la figure d'ensemble 1 (avec simplifica- tion de la représentation de la suspension de la boule qui, en réalité est représentée par la figure 2). Dans la figure 1, on voit la boule (ou un disque peeant) suspendu à un axe transversal horizontal 2 par une tige élastique 3 (fignre 2) équilibrant le poids de la boule. Celle-ci peut aussi pivoter libre-ent autour de l'axe 2 en s'éloignant de cet axe tout en étant contrôlée par le ressort quand l'avion entre en accélération ou en décélération. Un ergot 4 fixé sur la suspension de la boule, se déplace avec celle-ci en pivotements et en allongements résultant des mouvements pré cédants. La deuxième pièce de l'instrument est représentée par la figure 3. Elle comporte seulement un triangle 5 pouvant aussi pivoter librement autour de l'axe 2 et deux rainures en V renversé dont les branches affec- test une centre courbure qui est déterminée de la façon suivante Quand l'avion entre en accélération, la boule reste en arrière on pivotant autour de 2, car sous l'effet de la traction, le pendule for 16 par la boule s'allonge, Ecart et Pllongement de la suspension de la boule sont dans un rapport bien déterminé. n s'ensuit que l'ergot 4 occupe aussi une position bien déterminée pour l'accélération considérée et il en Sera de même pour toutes les valeurs de l'accélération que pourra prendre l'avion depuis la poussée zéro jusqu'à sa poussée maxiuum. Si l'on joint par une courbe toutes les positions occupées par l'ergot dans les diverses accélérations que peut prendre l'avion dans cette variation de poussée, on aura déterminé la courbure de la branche de droite de la rainure. La branche de gauche doit être symétrique comme on le verra par la suite. De plus un plot 6 est fixé au triangle sur l'axe vertical du point 2. La troisième pièce est constituée par l'avion représenté par la figure 4 où l'on voit en 2, où se trouve situé l'axe de suspension de la boule et autour duquel peut osciller aussi le triangle 5. Des plots 7 fixés sur l'ossature de l'avion sont disposés en arc de cercle de centre 2 et de rayon égal à la distance 2-6 de la figure 3. Ces plots font partie de rhéostats, un à gauche et un à droite de la ligne verticale passant par 2, rhéostats qui peuvent contrôler le courant électrique débité par une source 8 et allant ensuite aux organes 9 et 10 chargés de rétablir l'horizontalité de l'avion; le courant revient à la source 11. Quand l'instrument a été monté (figure 1) c'est d'abord le triangle 5 qui a élé mis en place, sur l'axe fixé à l'avion, puis le pendule de façon que 1' ergot soit introduit dans la rainure du triangle. (I1 y a lieu de remarquer que pour neutraliser l'inertie du triangle, une masse égale à la sienne lui sera diamétralement opposée par rapport à l'axe 2) Le pendule est alors vertical et Juxtaposé au triangle qui est aussi vertical; l'ergot du pendule se trouve ainsi engagé dans la rainure au sommet du V renversa du triangle et le plot 6 de celui-ci se trouve entre les plots 7 de droite et de rauche de l'avion; ces plots 7 peuvent venir en contact à frottement très doux avec le plot 6 quand l'avion cabre ou pique; et comme le conducteur qui amène le courant de la source est connecté au plot 6, dans le cas de cabrage, le courant va actionner les organes 9 pour redresser l'arrière de l'avion et si celui-ci pique, le courant va actionner les organes 10 pour redresser son avant. Mais les écarts d'horizontalité longitudinale de l'avion peuvent avoir lieu quand celui-ci se trouve en accélération ou en décélération; le pendule quittant la verticale, ne remplit plus alors son office avec exactitude, le stabilisateur suivant le présent texte, y rémédie dans les deux cas. Le fonctionnement sera le suivant : L'avion décolle verticalement en position horizontale. Le pendule 3 est vertical (figure 1) et ne bouge pas en principe, avec une longueur invariable pendant la montée de l'avion jusqu'à la hauteur voulue. Si l'avion, pour une cause ou une autre vient à cabrer par exemple, il cabrera soit autour du point 2, soit généralement autour d'un point quelconque. Si c'est autour du point 2, le pendule ne bouge pas, le trian gle non plus car il est fixé par le point 2 et l'ergot 4, étant donné que la courbure des rainures n'est pas en arc de cercle de centre 2. Les plots 7 de droite de l'avion viennent au contact du plot 6'du triangle qui n'a pas bougé. Un courant électrique provenant de la source 8 parcourt alois le. organes 9 qui exercent une poussée verticale de bas en haut sur l'ar- rière de l'appareil et rétablissent l'équilibre de celui-ci et cela d'autant plus énergiquement que son écart a été plus grand. Si l'avion avait piqué au lieu de cabrer, les choses se seraient passées de la mime façon avec les organes 10 relevant l'avant de l'aéronef. Mais l'avion cabrera d'une façon quelconque (toujours dans la montée verticale) lors de son écart. Le pendule, après quelques oscillations reprend la verticale après avoir entraîné le triangle dans ses mouvements par son ergot 4. Le pendule étant immobilisé, le triangle, par les point 2 et 4 reprend par rapport à ce pendule1 la position qu'il avait avant le cabrage, c'est-à-dire aussi la verticale; (du reste, pendant le cabrage le pendule entrain le triangle qui ne pivote pas par rapport au pendule). Les choses se passent exactement comme si l'avion avait cabré autour du point 2. Si le cabrage intempestif se produit après la montée de l'avion lorsque celuinci sous l'action de ses moteurs, est en translation et en pleine accélération avant de passer à la vitesse uniforme, les choses se passeront ainsi s AU départ de la vitesse le pendule et le triangle sont verticaux Pis le pendule, sous l'action de l'inertie de la boule s'allonge et reste an trière en pivotant autour de 2.Mais l'ergot 4 quittant le sommet du T renversé parcourt alors la branche droite de la rainure (figure 5) sans entraîner le triangle, étant donné la courbure de la rainure qui a été établie suivant les diverses positions que peut prendre l'ergot suivant aurait lavaleur de l'accélération. Le triangle, fixé par les deux points 2 et 4 n'a donc pas bougé et a toujours gardé la verticale. On retombe alors dans le cas de la viterse séro ou de la vitesse uniforme où pendule et triangle observeraient toujours la verticale. Si, dans les mêmes circonstances l'avion avait piqué au lieu de cabrer, il aurait toujours trouvé le triangle à la verticale malgré l'écart toujours à droite, de l'ergot 4 et le cas serait le même que le cas précédent. I1 reste donc à examiner le cas d'une perturbation intempestive de l'équilibre longitudinal de l'avion dans la décélération. Celle-ci se produit quand l'avion en vitesse la freine pour passer au vol stationnai re, avant d'atterrir par exemple (mais toujours dans le vol spécial ne permettant pas encore, l'utilisation des gouvernes). Alors la boule, tendant toujours à conserver sa vitesse en avant, le pendule s'écartera à à gauche, encore en s'allongeant, comme le montre le pointillé de la figure 5. La boule occupera ainsi la position 12 et l'ergot la position 13. Les diverses positions de l'ergot étant symétriques par rapport à la verticale dans l'accélération ou la décélération pour des valeurs égales de ces dernières, la branche de gauche de la rainure sera symétrique de celle de droite. L'ergot, dans son déplacement, n'aura pas encore déplacé le triangle quelle que soit l'intensité de la décélération et l'avion cabrant ou piquant intempstivement trouvera toujours le triangle avec son ergot6 à la verticale. (En réalité, cette situation ne se retrouvera qu'après quelques oscillations comme il a été dit antérieurement). Tout se passe donc dans tous les cas, comme si la boule conservait toujours la verticale comme dans le repos ou la vitesse uniforme et dès lors le stabilisateur maintiendra ltéquilibre longitudinal de l'avion sans difficulté. Un instrument identique pourrait assurer ltéquilibre transversal en le disposant de façon que la boule ait des oscillations transversales au lieu de longitudinales. Pour réduire les oscillations du pendule, il y aurait intérêt à placer le stabilisateur le plus près possible du centre de gravité. Ces oscillations pourraient être amorties en plaçant l'instrument au-dessus dun récipient d'eau dans laquelle seulement la boule plongerait ou encore en imposant à un excentrique claveté sur son axe (figure 6) un frottement proportionné à l'écart de la boule imposé par un ressort travaillant à la traction. Dans la position verticale et dans son voisinage le frottement serait pratiquement nul. Des courants de Foucault pourraient aussi être utilisés sur un arc multipliant le déplacement de la boule pour obtenir le résultat cherché. Quand l'avion devra par nécessité, cabrer ou piquer volontairement (toujours lorsque sa conduite aérodynamique ne sera pas encore posssi- ble) l'organe destiné à cet effet manuellement actionné par le pilote ( (qu'il serait bon d'installer à bord pour superviser l'équilibre) sera mis à cabrage ou piquage mais avant, cet organe coupera automatiquement le cou rant au stabilisateur. Préférablement, pour obtenir le résultat précédent, le pilote actionnera une petite via sans fin engrenant avec une petite roue striée qui déplacera autour de son centre 2 dans un sens ou dans l'autre par rapport à la verticale, l'arc des plots 7 qui était fixé à l'avion. L'instru- ruent assurerait alors toujours l'équilibre de celui-ci dans son cabrage ou son piquage, en étant encore manuellement supervisé par le pilote. Pour cabrer l'arc des plots 7 sera déplacé à droite c'est-à-dire en arrière de la verticale et à gauche pour piquer, ctest-à-dire en avant de cette ligne. Quant à la façon dont les organes électriques 9 et 10 pourront exercer une poussée sous l'avant (ou sur l'arrière de l'appareil pour rétablir son équilibre) elle pourra s'effectuer suivant deux manières prin cipayes et directement par le courant engendré ou par ce courant multiplié par un moyen quelconque# relais, électronique, etc ces deux manières sont pratiquement sans inertie. le) P r le renforcement du chauffage des gaz devant être éjectés, soit à l'avant soit à l'arrière quand le décollage vertical est obtenu par éjectiens simultanées de gaz chauds à l'avant et à l'arrière comme dans l'avion décrit dans le brevet du 16 NOVEMBRE 1970 :Aéronef à réaction à décollage court ou vertical et propulsion mixte n FRANCE; ou mieux, dimi nution du chauffage des gaz à l'avant avec augméntation du chauffage à l'arrière ou réciproquement, La variation du chauffage précédente pourra avoir lieu par une seule arrivée de combustible actionnée par le courant produit ou par des arrivées de combustible supplémentairesque le courant électrique de stabilité pourrait ouvrir ou fermer à la demande. Chaque plot de l'arc 7 correspondrait alors à un robinet que le courant électrique ouvrirait ou fermerait.Dans ce cas, une petite modification du cir cuit électrique entre rhéostats it robinets, s'imposerait. Dan les avions à buses directionnelles à l'avant et à l'arrière conne dans le brevet déjà cité, la variation du chauffage des gaz sera encore efficace pour rétablir la stabilité, même quand l'avion sera en translation après être rendu à l'altitude voulue dans sa montée verticale. effet, les buses seront obliques pendant cette translation et possèderont ainsi, une composant. verticale et une composante horizontale. Toute varia tion du chauffage des gag entraînera une variation de la valeur de ces deux composantes, donc en particulier de la composante verticale; la variation de la composante horizontale entratnerait une variation de la poussée hori tantale subie par l'aéronef sans effet sur son centre de gravité et par suite serait sans inconvénient. La diminution de l'effet du chauffage pour la stabilitU résultant du rapprochement des buses de l'horizontale au fur et à mesure de l'accroissement de la vitesse serait aussi sans inconvénient, cette diminution étant compensée par une augmentation progressive de la puissance de la poussée et sous les ailes des gouvernes. 20) Par des éjections d'air comprimé à l'avant ou à l'arrière de l'avion dont la variation sera commandée par les organes 9 et 10 comme il vient d'hêtre dit précédemment. L'avion possèderait alors deux systèmes de stabilisation édentiques quant à leur effet terminal, mais l'un serait automatique et l'autre contr81é par le pilote. 1l a été dit précedemment que les rainures en V renversé du triangle étaient déterminées suivant les diverses accélérations de lta- vion. La courbure de ces rainures dépendra exclusivement de la masse de la boule et de l'élasticité du ressort qui la suspend. Cette courbure pourra être déterminée par le calcul, mais aussi très facilement expérimentalement. Ainsi, il suffira d'installer à Drd d'un avion capable de réaliser les plus grandes vitesses et les plus grandes accélérations, une planchette verticale à laquelle serait suspendu le pendule complexe ci dessusJmais dont l'ergot aurait été remplacé par un crayon appuyant sur la planchette. Lors du vol horizontal de l'avion, la courbure des rainures serait enregistrée sans bavures. L'instrument de navigation aérienne décrit ci-dessus trouvera son emploi à bord de tous les avions à décollage vertical et principalement à bord des avions militaires à réaction à décollage vertical. - REVEND IC ÂT IONS - 1) Dispositif permettant d'assurer automatiquement la stabilité d'un avion à d6ctllage vertical par variation du chauffage des gaz éjectés à l'avant ou à l'arrière de cet avion ou encore par variation d'éjection d'air comprimé froid en ces deux points de l'appareil et cela en faisant celui-ci se reporter constamment à un pendule observant en principa, toujours la verticale, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen in corporé & ce pendule destiné à neutraliser le cas échéant, les déplace ment. nulelDieo de celui-ci provoqués par l'accélération ou la décélération de l'aéronef tout en rendant toujours possibles ses manoeuvres de cabrage ou de piquage, alors même que celuieci n'a pas encore atteint la vitesse permettant la conduite aérodynamique. 2) Dieporiti! suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le loyer de neutraliser les déplacements que prend le pendule constitué par la boule suivant les diverses accélérations ou décélérations que peut prendre l'aéronef, consiste d'abord à placer convenablement un ergot sur la suspension de la boule, ergot qui tend à immobiliser à la position verticale, quel que soit l'écart par rapport à celle-ci pris par le pendule au cours du vol, une pièce en triangle pouvant aussi pivoter, le cas échéant, autour de l'axe de suspension de la boule. 3) Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen de faire occnper à l'ergot la place convenable sur le pendule quel que soit l'écart de celui-ci par rapport à la verticale, est de faire participer cet ergot avec la boule, à l'allongement de la suspension de celle-ci, allongement résultant de sa résistance, vu son inertie, à sui vr. le mouvement de l'avion. 4) Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé par le fait que le moyen de faire l'ergot neutraliser les déplacements nuisibles du pendule, consiste d'abord à déterminer les courbes que suit dans l'espace (abstraction faite de la translation générale) cet ergot, lorsque l'accélération ow la décélération varient de zéro à leurs maximums, puis à établir dans la pi ce en triangle, des rainures suivant ces courbes que l'ergot, lors qutil y sera introduit, pourra suivre à frottement très doux pendant les déplacements intempestifs de la boule.Pendent son mouvement 1' ergot n'entraînera pas ainsi la pièce en triangle, mais suffira à le maintenir fixe à sa position primitive, c'est-à-dire à la verticale, autour de l'are de suspension du pendule. 5) Dispositif suivant les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que le moyen de faire l'avion se reporter toujours, pour corriger ses écarts de lthorizontale, à la verticale1 est de le faire se reporter à la pièce en triangle et particulièrement à un plot de ce triangle revenant toujours sur la verticale passant par l'axe de suspension du pendule. Pour réaliser cette action, l'aéronef comportera des plots disposés en arc ayant pour centre le point de suspension; ces plots, lors d'un cabrage ou d'un piquage, pourront ainsi venir successivement en contact à frottement doux avec le plot du triangle et par suite en faisant circuler un courant électrique entre tous ces plots, l'avion pourra automatiquement corriger ses écarts par rapport à la verticale, donc de l'horizontale. 6) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'obtenir la possibilité de pouvoir manoeuvrer l'avion dans le plan vertical malgré la présence du stabilisateur, consiste à donner une certaine mobilité de chaque coAté de la verticale, par roue striée et vis sans fin, à l'ensemble de l'arc des plots de l'avion. 7) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen destiné à amortir les oscillations du pendule et par suite du triangle, consiste à faire subir à l'axe du pendule1 une résistance de frottement proportionnée à l'amplitude de ces oscillations. 8) Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le moyen de faire subir au pendule une résistance de frottement proportionnée à l'amplitude des oscillations, est de rendre son axe de suspension solidaire d'un excentrique subissant un frottement déterminé par l'appui d'un ressort dont la tension sera d'lutant plus forte que l'amplitude des oscillations sera grande.