Brevet FR2278567A1 — publié le 19760213

Les aérostats ou aéralls (aéronefs allégés) tiennent leur force ascensionnelle statique, en dehors du vent ou de tout dépla- cement relatif, par poussée archimédienne d'un gaz, de l'hélium par exemple, de densité inférieure à celle de l'air ambiant, contenu dans un volume délimité par une enveloppe. Les faibles densités en jeu, dont les importants volumes relatifs, ont toujours limité la tenue des aérostats au vent, en particulier lorsqu'ils sont amarrés en ballons captifs. Les ballons captifs, fréquemment utilisés au cours des deux dernières guerres mondiales, tout d'abord pour l'observation, puis pour la défense contre avions, présentent une forme fuselée qui peut etre assimilée à une aile d'envergure égale à l'épaisseur et qui est telle que le vent agisse sur le ballon comme un cerf-volant En donnant une incidence convenable au ballon, la sustentation aérodynamique due au vent reste supérieure à la trainée, ce qui évite au ballon d'entre rabattu vers le sol, comme c'est le cas pour un ballon sphérique tenu captif à une vitesse de vent supérieure à environ 7m/sec. Malheureusement les essais en soufflerie et la pratique usuelle montrent que ces ballons ont une très mauvaise stabilité, en tangage et en lacet, s'ils ne sont pas munis d'importantes surfaces caudales de stabilisation, dites empennage. Mais, pour conserver une force ascensionnelle suffisante en cas de vent nul ou faible, la structure d'un ballon captif doit rester légère, ce qui limite aussi bien leur résistance aux efforts aérodynamiques sur toute la carène que la taille de leurs empennages, donc leur stabilité. Plusieurs tentatives ont été faites pour améliorer les performances au vent des ballons captifs. C'est ainsi, par exemple, que le brevet des EtatsSnis 3 I5I 825 du 14 Nards 1963 décrit un aérostat comportant deux carènes associées par un plan arrière gonflable, le tout ayant approximativement la forme d'une aile delta Mais la stabilité est obtenue au prix dtune augmentation importante de la traînée. La présente invention a pour objet un aérostat qui peut dtre utilisé aussi bien en ballon captif, en pouvant résister à des vents ayant une vitesse supérieure à 25-3wsec, tout en restant parfaitement stable, qu'en ballon mobile auto-propulsé ou "dirigeable". L'aérostat selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux ballons d'axes parallèles, qui ont un profil aérodynamique et sont reliés l'un à l'autre par au moins un plan porteur ayant également un profil aérodynamique. La description qui suit portera sur un ensemble de deux ballons reliés par un plan porteur, sans que l'invention soit limitée à ce nombre de ballons et de plans porteurs par aérostat. Dans cet aérostat, la sustentation statique est assurée par les bayions alors que la sustentation aérodynamique due au vent relatif est assurée par le plan porteur; ces deux effets sont donc obtenus par des moyens différents bien qu'associés. Les ballons diminuent l'importance des tourbillons ou vortex aux extrémité du plan porteur et lui assurent ainsi une efficacité de sustention aérodynamique maximale. La nouveauté de l'invention par rapport à d'autre types d'aérostats combinant des plans aérodynamiques à des ballons1 tels que divers motoballons et dirigeables (MBZ Zodiac, Clement-Bayard, Aereon, etcO) réside dans le fait que l'aérostat décrit dans ce brevet est prévu pour etre amarré en ballon captif et voit alors sa sustentation aérodynamique supportée essentiellement par le système de plans porteurs dont ltefficacité est accrue par la pré- sence des ballons placés aux extrémités dsenvergure de ce ou de ces plans porteurs0 Les tourbillons induits aux extrémités des plans sont ainsi réduits, la stabilité et l'efficacité de llensem- ble s'en trouvent accrues par rapport à celles d'un aérostat constitué des memes éléments séparés, et très sensiblement par rapport à celles d'un ballon captif monocarène usuel, sans plans porteurs, dont les tourbillons induits sont très importants en position de portance aérodynamique, provoquant un facteur d'alternance tourbillonnaire et d'instabilité difficilement compensable, meme au prix d'importants empennages. Le plan porteur peut avoir un profil assymétriquè et présenter la meme incidence que les ballons. I1 peut également avoir un profil symétrique et présenter une incidence différente de celle des ballons. Dans ce qui précède, l'incidence est mesurée respectivement à partir de la corde du profil du plan porteur et à partir de l'axe longitudinal des ballons. Le plan porteur peut etre fixe par rapport aux ballons. I1 peut également & re articulé par rapport à ceux-ci autour d'un axe situé en avant de son centre de poussée aérodynamique et présenter une incidence variable. Dans ce cas, le plan porteur peut etre libre autour de son axe; l'aérostat peut également comporter des moyens de commande pour faire pivoter le plan autour de son axe dirticulation et le maintenir dans la position choisie. L'aérostat peut comporte un plan porteur entre deux ballons et avoir ainsi une forme analogue à celle d'un catamaran; il peut aussi comporter, comme un trimaran, deux plans porteurs intermé- diaires entre trois ballons, ou meme comporter un nombre de plans porteurs supérieur à deux, ou mNme de ballons supérieur à trois. L'aérostat selon l'invention peut, par exemple etre utilisé pour transporter une charge, celle-ci étant mise en place et ultérieurement déchargée alors que l'aérostat est amarré et utilisé en ballon captif, et qu'il est utilisé canine un aérostat dirigeable autonome, auto-propulsé par un système de propulseurs approprié, pendant la phase de transport. Il peut également & re utilisé com- me platefarme aérienne pour des travaux de levage ou d'observation, pour supporter des cheminées légères, de grande hauteur, des structures légères de grandes dimensions, telles que des halls d'expo- sition ou des couvertures de stades, ou encore comme bouées d'amarrage pour d'autres aéronefs, en particulier d'autres aéralls. On a décrit ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, divers modes de réalisation de l'aérostat selon l'invention avec référence aux dessins annexés dans lesquels La Fig. 1 est une vue en plan de l'aérostat; La Fig. 2 en est une vue de face; La Fig. 3 en est une vue de profil; Les Fig. 4 et 5 montrent respectivement en élévation et de face un dispositif d'arrimage de l'aérostat; Les Fig. 6 et 7 sont des vues analogues aux figures 4 et 5 et montrent un autre dispositif d'amarrage de l'aérostat; La Fig. 8 est une vue en perspective d'un détail; La Fig. 9 est une vue en coupe du détail de la Fig. 8; Les Fig. 10 et ll sont des vues semblables aux figures 8 et 9 d'une variante; La Figo 12 est une vue en perspective montrant un vérin pour faire varier l'incidence du plan porteur;; La Fig. 13 est une vue en coupe correspondant à la Fig. 12; La Fig. 14 est une vue en perspective montrant un plan porteur qui peut pivoter librement et dont l'incidence peut & re limitée par une butée. Tel qu'il est représenté aux Fig. 1 à 3, l'aérostat selon l'invention comprend deux ballons la et lb contenant un gaz plus léger que l'air, tel que de l'hélium; ces ballons ont un profil aérodynamique et sont d'axes parallèles. Les ballons la et lb sont reliés l'un à l'autre par des tirants ou haubans extérieurs 2 et par un plan porteur 3 qui a un profil aérodynamique et est monté pivotant autour d'un axe 4 par rapport aux ballons la et lb. Cet axe 4 est situé en avant du centre de poussée aérodynamique 5 du plan porteur 3. L'aérostat comporte un stabilisateur horizontal 6 situé entre les deux ballons, à leur extrémité arrière, et un stabilisateur vertical ou dérive 7 situé en croix par rapport au stabilisateur horizontal de part et d'autre de celui-ci, dans le plan médian de l'aérostat. Si l'inertie de lacet de l'aérostat est telle que la dérive 7 peut se trouver, en cas de fortes embardées en lacet, dans le sillage de l'un des deux ballons la et lb, il est avantageux de prévoir des dérives auxiliaires Sa et Sb portées par les ballons la et lb et parallèles à la dérive 7. Comme on l'a indiqué précédemment, le plan porteur 3 peut pivoter librement autour de l'axe 4; mais des butées, non repré sentées, permettent de limiter le débattement du plan 3 entre une position, représentée en traits pleins aux Fig. 2 et 3, dans laquelle l'incidence du plan porteur est égale à celle des ballons, et une position représentée en traits mixtes dans laquelle le plan porteur présente une différence d'incidence maximale o( avec les ballons. L'amarrage de l'aérostat en ballon captif peut Qtre assuré par deux cibles 9a et 9b qui sont chacun relié à l'un des ballons la et lb par un système de suspension classique et se rejoignant assez bas en dessous de l'aérostat (Fig. 4 et 5). Dans ce cas, le plan porteur 3 est en compression. Les cibles 9a et 9b peuvent également entre amarrés sur 1 'axe de pivotement 4 du plan porteur 3 (Fig. 6 et 7). Dans ce cas, il faut prévoir une structure qui maintienne les ballons en position. Cette structure qui n'est pas représentée au dessin, peut etre constituée par - une cale d'écartement qui travaille à la compression et peut & re constituée, par exemple, par un tube coaxial à l'axe 4 - une structure légère disposée à l'intérieur de chaque ballon pour encaisser les efforts à l'encastrement du plan porteur 3 sur chaque ballon; - une enveloppe de forme fuselée contenant le gaz sustentatelr de chaque ballon, à pression constante et volume variable au moyen d'un dispositif usuel, non représenté ici, tel qu'un ou plusieurs ballonnets à pression d'air constante.Ces formes fuselées ou carènes, qui peuvent d'ailleurs étre également réalisées selon les techniques connues des dirigeables dits "rigides" ou semi-sigides" en opposition à la formule dite du "souple" à ballonnets qui vient d'entre rappelée, peuvent Qtre maintenues écartées l'une de l'autre par une cale d'écartement, tube coaxial à l'axe 5 par exemple, qui est encastrée dans chaque carène ou simplement maintenue en compression par les tirants 2. On peut éventuellement combiner l'amarrage représenté aux Fig. 4 et 5 avec celui représenté aux Fig. 6 et 7. Nais, si l'on peut ainsi gagner sur le poids de la structure gracie à une meil leure répartition des efforts, on y perd sur le plan de l'efficacité aérodynamique, car le nombre nécessaire de cribles étant plus grand, ces cribles offrent une plus grande résistance aérodynamique. I1 y a avantage, pour obtenir les meilleurs résultats, que l'air en pression sur l'intrados du plan porteur 3 et en dépression sur son extrados ne puisse pas passer entre ce plan porteur et les ballons la et lb. A cet effet, dans le mode de réalisation des Fig. 8 et 9, une garniture galbée 10, dont la concavité est tournée vers le plan porteur 3 et qui est solidaire de ce plan porteur, est interposée entre l'extrémité de ce dernier et le ballon adjacent la ou lb, en le déformant vers l'intérieur. Cette garniture, qui se déplace en glissant sur l'enveloppe du ballon lorsque le plan porteur change d'incidence, évite que l'enveloppe du ballon ne soit blessée par les arêtes de l'extrémité du plan porteur. Comme on le voit à la Fig. 9, le logement 11 de l'extrémité de l'axe de pivotement 4 du plan 3 est solidaire de l'enveloppe du ballon la (ou lb). On peut également, comme le montrent les Fig. 10 et 11, prévoir une cloison 12 qui est fixée au ballon la (ou lb) par exemple par collage ou rivetage, l'axe 4 du plan 3 étant, comme dans le mode de réalisation précédent, solidaire du ballon. L'axe 4 peut entre articulé par rapport au ballon afin de pouvoir encaisser les différents efforts auxquels ils sont soumis et de former un faible espace ou jeu entre l'extrémité du plan porteur 3 et la cloison 12, ce qui réduit les frottements qui pourraient genet les mouvements d'oscillation du plan porteur 3 autour de son axe 4. La référence 13 à la Fig. 11 montre une patte d'attache pour le cible 9a ou 9b dans le mode d'amarrage représenté aux Fig. 6 et 7. Lorsque le plan porteur 3 n'assure aucune sustentation aérodynamique, il doit pivoter librement autour de son axe 4. Par contre, dans le cas contraire, son incidence doit avoir unes;aleur déterminée0 Le réglage de l'incidence du plan porteur 3 peut Btre assuré, par exemple, par une commande solidaire du stabilisateur horizontal 6 ou des ballons. Ainsi, dans le mode de réalisation des Fig. 12 et 13, un vérin 14 relie à la cloison 12 un point du plan porteur 3, disposé en arrière du centre de poussée de ce plan. L'attache 13 peut alors Etre solidaire du logement 11 de l'axe 4. ae vérin 14 permet de faire varier le plan 3 d'une position d'in- cidence nulle par rapport aux ballons, ou mEme libre par désolidarisation du vérin et du plan, comme cela. est envisageable pour l'utilisation de l'aérostat en aérostat dirigeable autopropulsé, à une position dans laquelle le plan présente une certaine incidence positive pour l'utilisation en aérostat captif. Lorsque l'aérostat ne doit entre utilisé que comme ballon captif, les cibles de suspension 9a et 9b peuvent etre attachés directement au plan porteur 3, en arrière de son plan porteur aérodynamique (Fig. 14), une butée 15 limitant l'angle d'inci- dence du plan. I1 va de soi que l'invention ne doit pas etre considérée comme limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. En particulier, l'invention peut s'appliquer à n'importe quelle forme de ballons, mtme sphériques, n'ayant pas dans ce dernier cas de portance aérodynamique propre, si ces ballons sont placés aux extrémités en envergure du ou des plans porteurs. REVENDICATIONS I. - Aérostat amarrable en ballon captif sans motorisation, comprenant au moins deux ballons de forme quelconque, à axes longitudinaux parallèles, délimitant en envergure au moins un plan ayant un profil aérodynamique, caractérisé en ce que ce plan est apte à fournir à l'aérostat une sustentation aérodynamique. 2. - Aérostat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit plan a un profil assymétrique et présente une incidence nulle ou positive par rapport au vent. 3. - Aérostat selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit plan a un profil symétrique et présente une incidence positive par rapport au vent. 4. - Aérostat selon ltune des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le plan est fixe de construction par rapport aux ballons. 5. - Aérostat selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le plan est articulé en incidence, l'axe d'articulation passant en avant de son centre de poussée aérodynamique, et puisse pivoter librement, son débattement étant limité par au moins une butée, l'ancrage de l'amarrage de l'aérostat en captif se situant sur ce plan en arrière de son centre de poussée aérodynamique. 6. - Aérostat selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le plan est articulé en incidence, et comporte des moyens pour le faire pivoter par rapport aux ballons, et le maintenir dans au moins une position choisie. 7. - Aérostat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comporte au moins un plan stabilisateur d'empennage.