Brevet FR2230546A1 — publié le 19741220

La présente invention concerne des appareils dont la sustentation eL la propulsion sont assurées au moins en partie par une voilure tournante, tels que des hélicoptères, plateformes volantes et@. Elle a plus particulièrement pour objet un mode d'entraînement du rotor de ces appareils. Diverses propositions ont déjà été faites pour entraîner le rotor a l:aide dtun manège tournant. C'est ainsi que, par exemple, dans certaines réalisations, des propulseurs sont portes en bout de pales, disposition qui donne le meilleur rendement de propulsion le principal défaut est cependant la traînée importante des propulseurs en auto-rotation. D'une manière générale, les principales difficultés reneon- trées dans les propositions antérieures résident dans des effets gyroscopiques importants, des difficultés de fonctionnement, de graissage es d'alimentation des moteurs dans un champ centrifuge, et des eflorts centrifuges importants dus à la grande masse des propulseurs. L'invention propose un nouveau mode d'entraînement du rotor permettant d'atténuer ou de faire disparaitre les difficultés rappelées ci-dessus. Suivant l'invention, le rotor est entraîné par des groupes moto-propulseurs électriques portés par des bras liés a-u rotor, ces bras constituant ou non une partie des pales Ces grcupes moto-propulseurs comprennent chacun au moins une hélice entraînée par un moteur électrique alternatif a forte puissance massique. Ta source de courant alimentant les moteurs électriques est un groupe électrogène entraîné @ar un moteur thermique tel qu'une. turbire à gaz, un moteur à piston etc. Le groupe électrogène peut être disposé au sol, auquel cas l'appareil est captif en raison de l'existence d'un câble le reliant au groupe electrogène et assurant la transmission ciu courant. Le groupe électrogène peut aussi être emporté par l'appareil qui devient alors autonome. Plus précisément, il peut être à bord de l'appareil ou suspendu par un câble assurant aussi le passage du courant. Dans cette dernière réalisation, on éloigne par conséquent le groupe électrogène de la charge utile emportée par l'appareil tout en préservant l'autonomie de ce dernier, ce qui est particulièrement avantageux lorsque la charge utile est constituée de dispositifs de détection sensibles qui se trouvent alors éloignés de la source de bruit, des fumées, des vibrations, du rayonnement accompagnant le groupe électrogène. flans le cas de l'appareil à voilure tournante captif ou de l'appareil autonome à charge suspendue, on peut stabiliser ledit appareil par un déplacement du point d'accrochage du cible sur l'appareil. le système de stabilisation comprend au moins deux vérins commandés par des détecteurs situés sur l'élément sustentateur lui-même, tels que des gyroscopes, des gyromètres etc., et qui assurent un déplacement d'avant en arrière et de droite à gauche du point d'accrochage du capable sur l'appareil. Ce même type de système peut servir à stabiliser aussi la charge suspendue, grâce à des appareils de détection tels que des accéléromètres. Il est à noter enfin qu'on peut aussi envisager d'une part de suspendre le groupe électrogène à l'appareil et d'autre part de suspendre la charge utile au groupe électrogène de façon à protéger cette dernière aussi bien des nuisances du groupe électrogène que de celles de l'appareil lui-même. L'invention est illustrée par le complément de description qui suit avec le dessin annexé à l'appui sur lequel - la figure I est une vue schématique en élévation d'un hé licoptère captif selon l'invention - la figure 2 est une élévation à 900 de la précédente - la figure 3 est une vue par-dessus de l'appareil selon les figures I et 2 - la figure 4 montre en perspective un rotor entraîné conformément à l'invention, dans le cas d'un hélicoptère autonome. Sur les figures t à 3, on a représenté schématiquement un appareil à voilure tournante sous la forme d'un hélicoptère comportant une ossature 1 équipée d'un train d'atterrissage, constitué par des roues ou des patins 2 et renfermant la charge utile 3 comprenant par exemple des équipements de détection. L'ossature porte un maAt 4 au sommet duquel est monté un rotor 5 formé de deux pales 6 et 6a disposées diamétralement. le moyeu du rotor est solidaire de deux bras 7 et 7a à 900 des pales. Ces bras peuvent etre dans le plan des pales ou être décalés par rapport à celui-ci.A ltextrér.,ité de chacun des bras tels que 7 est monté un groupe moto-propulseur électrique comprenant un moteur électrique 8 alternatif à forte puissance massique, qui entrain en rotation une hélice 9 (9a). le controle des mouvements de lacet de l'appareil est assuré par une héiice 10 qui peut etre entraînée également par un moteur électrique. Dans l'exemple des figures 1 à 3, l'alimentation en courant alternatif des moteurs tels que 8 est fournie par un câble 11 dont l'extrémité peut glisser suivant un élément 16 en arc de cercle centré en 12, Cet élément est lui-même capable d'osciller autour d'un axe passant par 12. Des connexions tournantes convenables sont prévues pour assurer le passage du courant lors de l'entraînement du rotor. le cable 11 est relié à une source située au sol, de sorte que les mouvements de l'appareil sont limités par la longueur de ce cabale et l'on peut considérer que l'on a affaire à un appareil à voilure tournante captif. Compte tenu des bonnes caractéristiques de rendement du mode d'entraînement selon l'invention, une variante de réalisation consiste à prévoir un appareil à voilure tournante qui emporte son groupe électrogène et devient ainsi autonome. Ce groupe électrogène peut être installé normalement à bord de l'appareil, commue représenté schématiquement sur la figure 4, où l'on a donné les mêmes références aux éléments correspondant à ceux des figures 1 à 7 et où on a désigné par 12' un alternateur entraîné par un moteur thermique 17 et débitant du courant électrique dans un contact tournant 14, luimême connecté avec les bornes des moteurs électriques 8. le moteur thermique 17 peut être soit une turbine à gaz, soit un moteur à piston à haut régime. La première solution est la plus légère, mais la seconde est plus économique et permet facilement de disposer d'une surpuissance par augmentation de régime si les hélices sont à pas fixe. flans le cas d'un appareil autonome selon l'invention, le rendement, c'est-à-dire le rapport de la puissance disponible pour l'entraînement du rotor principal à la puissance prélevée sur le moteur thermique, est plus faible que celui d'un hélicoptère méca- nique mais est plus elevé que celui d'un hélicoptère à réaction, qui est de l'ordre de 30 à 40 %. le groupe électrogène peut aussi être emporté par l'appareil en étant suspendu par un capable assurant également le passage du courant. Cette solution donne la possibilité, en vol libre, d'utiliser un système de stabilisation de l'appareil par déplacement du point d'accrochage du câble, comme dans le cas de l'appareil captif selon les figures 1 à 3. En vol libre également, la source de bruit, fumées, vibrations, rayonnement etc., que constitue le groupe électrogène se trouve éloignée de la charge transportée 3, ce qui est particulièrement important si la charge transportée est constituée de dispositifs de détection sensibles. On peut pousser cette protection plus loin encore en suspendant à son tour la charge utile sous le groupe électrogène, ce qui la protège des nuisances de 1' appareil lui-même. Le choix des longueurs de câble est fait par l'homme de l'art en fonction des risques de couplage des différents systèmes. Dans le cas d'utilisation préférée où la charge utile est à bord de l'appareil et pour des ensembles d'un tonnage total de l'ordre de 200 à 500 kg, la longueur du câble auquel est suspendu le groupe électrogène pourra etre comprise entre 15 et 50 mètres, la période d'oscillation du pendule ainsi formé étant alors de 8 à 15", c'està-dire beaucoup plus grande que les périodes propres rencontrées dans le système sustentateur. le système de stabilisation a pour rôle à la fois de stabiliser la charge sous l'appareil et de stabiliser l'appareil luimeme. Une telle stabilisation peut etre obtenue par déplacement du point d'accrochage du câble sur l'appareil, un peu au-dessous de son centre de gravité. le déplacement du point d'accrochage peut être assuré par deux vérins permettant un déplacement d'avant en arrière et de droite à gauche du point d'accrochage, ces vérins étant commandés par des détecteurs 15 situés sur l'appareil lui-meme et éventuellement sur le groupe électrogène et/ou sur la charge utile suspendus. Ces détecteurs peuvent être des gyroscopes et des gyromètres à bord de l'appareil, ou des accéléromètres sur les masses suspendues. l'appareil à voilure tournante autonome à entraînement élec présente donc des avantages très substantiels. Par rapport à l'hélicoptère à réaction, il a un rendement supérieur et une technologie plus simple car un contact tournant à trois pistes est plus aisé à réaliser qu' une tête de rotor avec passage d'un débit d'air important. il est possible d'avoir un système entièrement doublé comportant deux ensembles de moteurs de façon à bénéficier d'une grande sécurité. En cas de panne d'une des chaînes, le moteur de l'autre chaîne peut être mis en surpuissance pour permettre au moins le vol en translation. De préférence, comme représenté sur les figures 1 et 3, dans chaque groupe moto-propulseur, le moteur électrique entralne deux hélices contrarotatives. Par ailleurs, -les ensembles électriques peuvent être carénés dans les extrémités des bras 7 et 7a. L'invention décrite ci-dessus montre ltentraînement d'un rotor à l'aide d'un manège électrique tournant en permanence. le manège électrique se prête également bien à une version d'appareil combiné. Dans ce cas, on désolidarise et on bloque les bras du rotor, de telle sorte que l'axe des hélices de poussée soit parallèle au plan de symétrie de l'appareil. le rotor est alors en auto-rotation et on obtient la poussée convenable de propulsion - soit par basculement de 1800 de l'un des moteurs électriques, - soit par inversion de pas sur l'une des hélices, - soit par mise en route d'autres hélices situées aux extré mités des bras. Revendications 1. Appareil à voilure tournante caractérisé en ce que le rotor est entraîné par des groupes moto-propulseurs électriques portés par. des bras liés au rotor. 2. Appareil à voilure tournante selon la revendication 1 caracté risé en ce que chaque groupe moto-propulseur comprend une hélice ou deux hélices contrarotatives libres ou carénées entraînées par un moteur électrique alternatif à forte puissance massique. 7. Appareil à voilure tournante selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le courant électrique des moteurs est fourni à partir d'un groupe électrogène au sol par l'intermé diaire d'un câble fixé à l'appareil. 4. Appareil à voilure tournante selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le courant électrique des moteurs est fourni par un groupe électrogène emporté par l'appareil. 5. Appareil à voilure tournante selon la revendication 4 caracté risé en ce que le groupe électrogène est suspendu par un cabale à l'appareil. 6. Appareil à voilure tournante selon la revendication 5 caractéri sé en ce que la charge utile est suspendue au'groupe électrogène. 7. Appareil à voilure tournante selon l'une des revendications 3, 5 et 6, caractérisé en ce que la stabilisation est assurée, au moins en partie, par variation de la position du point d'accro chage du cable. 8. Appareil à voilure tournante selon la revendication 4 caracté risé en ce qu'il comprend des moyens pour immobiliser-les bras alors que le rotor est en auto-rotation et par des moyens pour faire pivoter au moins un des groupes moto-propulseurs de façon que les groupes moto-propulseurs assurent la propulsion de l'appareil transformé ainsi en appareil combiné.