Brevet FR2309401A1 — publié le 19761126

L'invention a pour objet un rotor constitué par des ailes tournant autour d'un axe horizontal et produisant une poussée sustentatrice verticale et un effet propulsif horizontal. A cet effet, le rotor suivant l'invention comporte plusieurs ailes profilées fixées, chacune, à un arbre d'aile intérieur au profil et parallèle à son bord d'attaque, lesdits arbres d'ailes étant montés à rotation suivant des génératrices d'un cylindre géométrique théorique et supportés par des bras radiaux situés aux extrémités dudit cylindre et fixés sur un arbre moteur de rotor situé sur l'axe de ce cylindre, tandis que les arbres d'ailes sont reliés à un dispositif de commande de variation cyclique de l'angle d'incidence des ailes et à un dispositif de commande de réglage de ladite incidence, Gracie à cette conception particulière, on tire parti de l'utilisation traditionnelle des propriétés de l'écoulement instationnaire résultant des mouvements combinés des ailes, ce qui procure toute une série d'avantages, notamment :: a) La couche limite turbulente n'ayant pas le temps de 6 s'éta- blir, la tramée de frottement est diminuée par rapport à la valeur qu'elle aurait pour des ailes rigidement solidaires du fuselage. b) La portance qui produit l'effet de sustentation est élevée par le fait qu'elle résulte à la fois de l'accélération de l'air projeté par l'intrados des ailes et de la dépression qu'engendre l'extrados de celles-ci. Ces phénomènes remplacent l'habituelle circulation qui engendre la portance en écoulement permanent, mais qui présente l'inconvénient de provoquer la trainée induite proportionnelle au carré de la portance. c) L'angle de décrochage d'un profil d'aile est très sensiblement retardé en écoulement instationnaire, ce qui permet d'utiliser des portances très élevées d) L'inclinaison, vers l'avant, de la résultante aérodynamique pour certaines incidence produit un effet propulsif. e) La finesse en écoulement instationnaire est beaucoup plus grande qu'en écoulement permanent. f)- La résultante des effets aérodynamiques sur le rotor passe toujours par son axe principal de rotation. g) Les ailes d'un tel rotor se présentent toujours normalement à la vitesse relative de l'engin, ce qui leur donne une efficacité nettement plus grande que dans l'hélicoptère, par exemple, dont la voilure tournante est soumise à des vitesses relatives qui varient de l'emplanture à l'extrémité h) Un tel rotor peut fonctionner en auto-rotation en cas d'arrêt du moteur et permettre un atterrissage très court, i) La vitesse de rotation du rotor étant relativement faible, le bruit provoqué par le fonctionnement de l'appareil et de son moteur est atténué. j) La grande finesse de l'ensemble lui assure un rendement économique et, par conséquent, une réduction de la dépense de car burent L'invention vise également les engins volants comportant application de ce genre de rotors sustentateurs et propulsifs. L'invention sera mieux comprise à la lectùre de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un aérodyne suivant l'invention comportant deux rotors sustentateurs et propulsifs. Sur ces dessins Les fige. 1 et 2 sont respectivement des vues de profil et de face de l'aérodyne, La Fig. 3 est, à plus grande échelle, une coupe illustrant le montage de l'une des extrémités de l'un des deux rotors de l'appareil. La Fig. 4 représente schématiquement, en perspective, les dispositifs de cos ande d'entratnement en rotation des {-ocoro efi de commande de variation de l'angle d'incidence des ailes desdits rotors, et Les Figs. 5, 6, 7 et 8 représentent schématiquement diverses positions angulairea des rotors arrêtés que l'on obtient à volonté. L'aérodyne représenté sur les Figs. 1 et 2 est constitué essentiellement d'un fuselage d'avion 1 avec un empennage classique de direction et de profondeur 2, et un train d'atterrissage du type tricycle avec une roue 3 à l'avant et deux autres roues 4, 5. Les ailes classiques des avions sont remplacées ici par deux rotors d'un type particulier et désignés, dans leur ensemble, respectivement par 6 et 6A. Les deux-rotors sont symétriques par rapport au plan longitudinal vertical médian de l'aérodyne, de sorte qu'on va décrire en détail seulement l'un d'eux, d savoir le rotor 6. I1 est constitué de plusieurs (à savoir deux dans l'exemple) ailes profilées 11, 12 (voir aussi Fig. 4) fixées, chacune, sur un arbre d'aile 13 ou 14 (voir aussi Fig. 3) qui est situé à l'intérieur du profil de l'aile et parallèle à son bord d'attaque. Les extrémités des deux arbres d'ailel3, 14 sont portées respectivement par les extrémités correspondantes de deux consoles à deux bras profilés 15, 16 (Fig. 2) fixées en leur milieu sur un arbre de rotor 18 d'emplace -ment fixe par rapport au fuselage 1 et entrainé par un moteur représenté schématiquement en 19 (Fig. 4). Les deux arbres d'ailes 13 14 sont donc situés sur deux génératrices diamétralement opposées d'un cylindre géométrique théorique dont l'axe se trouve sur l'axe de l'arbre moteur 18. Les extrémités de chaque aile sont munies, chacune, d'une plaque de garde 22 destinée à éviter les pertes marginales. Les extrémités extérieures des arbres de rotors 18, 18A tourillonnent dans les extrémités de deux bras verticaux 23, 23A (Figs 1 et 2) fixés respectivement sur les extrémités extérieures de deux ailettes résistantes profilées 24, 24A encastrées à la base du fuselage 1. Ces ailettes 24, 24A, dont les profils sont éventuellement porteurs, peuvent être équipées de volets hypersustentateurs. Pour diminuer le poids de construction de ces ailettes on peut utiliser des haubans profilés d'intrados (traction) ou d'extrados (compression). L'angle d'incidence de chaque aile, par exemple de l'aile 11,- c'est-à-dire la position angulaire relative de son arbre d'aile 13 par rapport au fuselage, est déterminé par un dispositif qui comporte une poulie crantée 31 (Fig. 4) fixée sur L'arbre d'aile 13, une courroie crantée 32 qui passe sur cette poulie, une autre poulie crantée 33 montée folle sur l'arbre de rotor 18 et sur laquelle passe aussi la courroie crantée 32, un bras 34 solidaire de la poulie 33, une bielle 35 dont une extrémité est articulée sur le bras 34, un levier pivotant 36 qui est relié à l'autre extrémité de la bielle 35 et qui porte un galet 37 en contact avec une came 38 portée par un arbre à cames 39 qui tourillonne dans un palier 42 solidaire du fuselage et qui est entraîné en rotation en synchronisme avec l'arbre de rotor 18 par une transmission de tout type approprié constituée, dans l'exemple, par une channe ou une courroie crantée 44 qui passe sur deux poulies 45, 46 respectivement solidaires de 11 arbre de rotor 18 et de l'arbre à cames 39. Le point 51 de pivotement du levier 36 est déterminé par la position de l'extrémité d'une bielle 52 dont l'autre extrémité est articulée en 53 sur une extrémité d'un levier de réglage d'incidence 54 monté à pivotement libre sur l'arbre à cames 39. Le positionnement du levier pivotant 36, dans son propre plan, est assuré, d'une part, par le contact de la came 38 contre le galet 37 qu'il porte et, d'autre part, par un guidage constitué, par exemple, par le fait que les deux extrémités de l'axe 57 qui porte le galet 37 coulissent dans deux fentes longitudinales (non représentées pour la clarté du dessin) pratiquées dans deux joues représentées en traits mixtes en 58 et traversées par l'arbre de rotor 18 et l'arbre à cames 39 qui les traverse. D'une manière analogue, 11 angle d'incidence de l'autre aile 12 du même rotor est déterminé par un dispositif qui comporte une poulie 62 fixée sur l'extrémité de l'arbre 14 de 1' aile, une courroie crantée 63 qui passe sur cette poulie, une poulie 64 montée folle sur l'arbre de rotor 18 et sur laquelle passe aussi la courroie crantée 63, un bras 65 fixé sur la poulie 64, une bielle 66 dont une extrémité est articulée sur ce bras, un levier pivotant 67 relié à l'autre extrémité de ladite bielle et portant un galet 68 en contact avec la came 38, le point de pivotement 71 de ce levier étant déterminé par une extrémité d'une bielle 72 dont l'autre extrémité est articulée, en 73, sur le levier de réglage d'incidence 54. L'axe 76 du galet 68 traverse par exemple aussi une fente longitudinale des deux flasques 58 pour que le levier pivotant 67 soit convenablement pos itonné Les deux galets 37 et 68 sont maintenus en contact contre la came 38 au moyen d'un système à ressorts schématisé en 78. Le réglage de l'angle d'incidence des ailes lIA et 12A de l'autre rotor 6A se fait de la meme manière que pour le rotor 6 et l'on a désigné les organes représentés correspondants par les mimes chiffres de référence affectés de l'indice A. Ainsi qu'on le verra plus loin, les ailes des deux rotors sont soumises, d'une part, à une variation cyclique de leur angle d'incidence sous l'effet de la came rotative 38 pour le rotor 6 et d'une came semblable pour le rotor 6A et, d'autre part, à une modification éventuelle volontaire de la part du pilote pour les contrôles de tangage et de gauchissement. Pour cette dernière commande,manuelle de pilotage, il est prévu un manche de commande de modification d'incidence 81 (Fig.4) monté, dans le fuselage, à pivotement sur un axe horizontal transversal 82 et portant un bras longitudinal 83 sur l'extrémité duquel peut pivoter un levier transversal à deux bras ou palonniers 84 dont les deux extrémités sont reliées, respectivement, aux deux leviers de réglage d'ncidence 54, 54A des ailes des deux rotors au moyen de deux tiges 85, 85A respectivement. Sur la partie supérieure du manche 81, est monté un volant 87 de commande de gauchissement qui est solidaire d'une poulie 88 reliée, par un cable croisé 89, à une autre poulie 92 fixée sur une extrémité d'un arbre rotatif 93 monté à l'intérieur du bras 83, à cet effet tubulaire, et sur l'autre extrémité duquel est fixé le levier transversal à deux bras ou palonniers 84. On remarquera que la console 15 (Fig. 4) qui supporte une extrémité des ailes 11 et 12 tourne dans un plan vertical perpendiculaire à l'axe de l'arbre de rotor 18, tandis que tout le système de commande de réglage de l'angle d'incidence des ailes de ce rotor demeure fixe dans l'espace. Les deux courroies crantées 32 et 63 balaient également deux espaces situés respectivement dans deux plans géométriques perpendiculaires aussi à l'axe de l'arbre de rotor 18 ; il convient donc qu'aucun des organes d'emplacements fixes du système de commande de réglage d'incidence ne se trouve au delà desdits plans géométriques, vers l'extérieur. C'est pourquoi, notamment, le bras pivotant 34 qui est solidaire de la poulie 33 doit se trouver en deçà du plan géométrique de débattement de la courroie 63.A cet effet, on a représenté ledit bras pivotant 34 fixé sur une extrémité d'un moyen 95 (voir aussi Fig. 3) appartenant à la poulie 33 et traversant de part en part la poulie 64 qui tourne elle-mtme folle sur ce moyen. Ainsi, le bras 34 peut 33 subir, avec la poulie/dont il est solidaire, des débattements angulaires indépendants de ceux du bras 65 fixé à la poulie 64, bien que cette dernière soit située entre le plan de la poulie 33 et le plan du bras 34. Le fonctionnement de l'aérodyne est le suivant En vol rectiligne horizontal, les angles d'incidence des ailes correspondantes des deux rotors présentant la même valeur moyenne et ils subissent une variation cyclique, à chaque tour des rotors, sous l'influence, pour le rotor 6 par exemple, de la came 38 (Fig. 4) qui agit sur les deux leviers pivotants 36, 67 dont les points d'articulation 51 et 71 sont, pour le moment, fixes ; les mouvements cycliques de pivotement de ces deux leviers se transmettent, par les bielles 35 et 66, aux deux bras 34 et 65 et, de là, aux ailes par les transmissions par courroies crantées correspondantes 32 et 63.Ce mouvement de variation cyclique de l'angle d'incidence des ailes assure, à la fois, la fonction de sustentation et la fonction de propulsion de l'aérodyne, au moyen de la puissance fournie par le moteur 19 d'entratnement des deux rotors 6, 6A Cet effet propulsif a été constaté lors d'essais - ' flerie effectués sur maquettes fonctionnant en écoulement instationnaire . Les variations cycliques d'incidence résultent des travaux de tRY ex sur l'étude du vol des oiseaux. Etant donné que la résultante des effets aérodynamiques sur le rotor passe toujours par son axe de rotation, le plan horizontal de l'empennage 2 (Fig. 1) peut être de petite surface, car son rôle, est minimisé par le fait qu'on peut agir sur le pas du rotor pour faire varier la portance de l'engin : de plus, il est surtour nécessaire pour contrôler la trajectoire de l'engin lorsque les rotors sont arrêtés ou en auto-rotation Dans ce qui précède, on a supposé que les arbres 18 des deux rotors étaient coaxiaux, mais ils pourraient former, entre eux, un angle ouvert vers le haut de manière à augmenter la stabilité naturelle latérale de l'engin. Lorsque le pilote désire faire cabrer l'appareil, il exerce une traction sur le volant 87, dans la direction de la flèche fl (Fig. 4), ce qui fait pivoter la manche 81 et le bras longitudinal 83 autour de l'axe horizontal transversal 82 et, par conséquent, produit un abaissement du palonnier 84, ce qui se traduit par un effort de traction correspondant sur les deux tiges 85, 85A et, par suite, un mouvement de pivotement du levier de commande d'incidence 54 dans le sens de la flèche f2, une remontée du point 51 de pivotement du levier 36 et un abaissement du point 71 de pivotement du levier 67, c'est-à-dire une augmentation de l'angle d'incidence des ailes 11, 12.Evidemment, pour faire plonger l'appareil, il suffit de repousser le volant 87 dans le sens inverse de la flèche fl, ce qui a pour effet de produire des déplacements inverses des organes de la transmission de commande d'incidence des ailes. En faisant tourner le volant 87 dans un sens, ou dans l'autre, le pilote fait pivoter le palonnier 84 dans le sens inverse, ce qui se traduit par des pivotements également en sens inverse des deux leviers 54, 54A de commande d'incidence et, par conséquent, une augmentation de l'angle d'incidence des ailes de l'un des deux rotors, pendant que celui des ailes de l'autre rotor diminue dans la meme proportion, ce qui fournit l'effet de gauchissement désiré, soit dans un sens, soit dans l'autre. Les figures 5 à 8 illustrent des configurations réalisables en cas d'arrêt des rotors, l'appareil se comportant alors, respectivement, en biplan droit, en monoplan tandem, en biplan décalé vers l'avant, et en biplan décalé vers l'arrière. Les organes de liaison et de commande de variation d'incidence des ailes seraient pratiquement protégés par des carénages tournants afin d'en réduire la résistance à l'avancement. Les ailes mobiles peuvent être munies de volets de courbure, pour accroftre la portance des rotors. Le principe de l'invention permet la création de cargos d'exploitation très économique pouvant assurer les transports dans des pays insuffisamment équipés en réseaux ferrés et routiers. Le silence de fonctionnement permet d'envisager des applications militaires d'approche et de reconnaissance, ainsi que des parachutages discrets. L'invention est applicable également à des appareils captifs, cerfs-volants, supports publicitaires1 jouets, etc. De plus, l'extrême finesse de l'ensemble permet d'envisager le vol des hommes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalibation décrit et représenté, on peut y apporter des modifications suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple - que le nombre des ailes de chaque rotor pourrait être supérieur à deux, - que chaque appareil ne comporte pas nécessairement deux rotors, mais, par exemple, un nombre de rotors supérieur à deux, - que l'appareil pourrait autre propulsé par une ou plusieurs hélices et être pourvu derotors propres à assurer la portance, en totalité ou en partie, et à participer à la propulsion, - que, dans un appareil du genre de celui décrit, les rotors pourraient être montés en pòrte-à-faux en vue de la suppression des ailettes inférieures, - que les commandes par courroies crantées représentées pourraient être remplacées par tout outre système de conùnande approprié, par exemple, par channes ou par tringleries, - que le rotor peut être employé comme capteur d'énergie. placé au voisinage du sol, sur un bati surélevé s'orientant face au vent, il peut actionner une pompe, un alternateur, etc et se comporte comme une hélice réceptrice. REUSRDICATIONS 1. - Rotor sustentateur propulsif qui comprend plusieurs ailes profilées fixéès, chacune, sur un arbre d'ait intérieur au profil et parallèle à son bord d'attaque, les arbres d'ailes étant tous situés à la même distance d'un arbre moteur de rotor, et des moyens pour imprimer un mouvement de pivotement cyclique aux arbres d'ailes, caractérisé en ce qu'il comporte une came qui est fixée sur un arbre à came parallèle à l'arbre de rotor et qui coopère avec deux leviers pivotants reliés respectivement à deux bras fixés à deux poulies montées folles sur 1 'arbre de rotor et sur lesquelles passent respectivement deux courroies crantées qui passent aussi sur deux autres poulies fixées respectivement sur les deux arbres d'ailes, ledit arbre à came étant relié à des moyens d'entratnement en rotation en synchronisme avec l'arbre de rotor, et un levier de réglage d'incidence pivotant librement sur l'arbre à came et relié, par des bielles, aux points d'articulation des deux leviers pivotants qui coopèrent avec la came, de façon telle que les angles d'incidence de toutes les ailes dudit rotor varient dans le même sens. 2. - Aérodyne qui comporte un fuselage et deux rotors selon la revendication 1 disposés de part et d'autre du fuselage, ainsi qu'un manche de réglage d'incidence, caractérisé en ce que le manche porte,d'une part, un bras longitudinal sur l'extrémité duquel peut pivoter un levier transversal à deux bras ou palonnier dont les deux extrémités sont reliées, respectivement, aux deux leviers de réglage d'incidence des ailes des deux rotors, respectivement, et d 'autre part, un volant de commande de gauchissement relié audit palonnier pour le faire pivoter dans un sens, ou dans l'autre sur le bras longitudinal qui le porte.