Brevet FR2338844A1 — publié le 19770819

-a prsente invention a pour but la réalisation d'un aérodyne à décollage et atterrissage vertical, permettant te vol stationnaire et en translation, et dont l'utilisation et la disposition nouvelles de certains éléments donnent un maximun de sécurité d'emploi à ce nouveau véhicule aérien, en tous points comparable à l'automobile terrestre. Cet aérodyne est caractérisé 10) par son extreme simplicité de construction, n'utilisant que des moyens mécaniques simples (leviers, roulements,galets)1. à itexclusion d'engrenages, et des forces connues (centrifuge et déviation d'air sur des volets). 20par son rotor constitué par deux hélices monobloc (bois ou me- ou tal à pas fixe et à pales multiples, tournant en sens inverse et à l'intérieur d'un couloir annuiaire encastré et solidaire de l'appareij, pour canaliser les masses d'air passant à travers le disque du rotor et assurant ainsi un meilleur rendement sustentateur. Les hélices monobloc à pas fixe et contre-rotatives suppriment les commandes de pas collectif, de pas cyclique et de rotor anticouple de queue des hélicoptères classiques. Le décollage, le vol stationnaire et l'atterrissage étant obtenus par simple variation de régime du groupe motopropulseur. Par cela meme, sont éliminées un grand nombre de pièces couteuses et de pannes possibles. 343 par l'entraînement du rotor au moyen de trois galets à autoembrayage automatique et progressif. Actionnés chacun par un petit moteur du tiers de la-puissance totale nécessaire, calculée pour qu'en cas de panne d'un moteur, il reste la puissance minimum nécessaire au vol stationnaire et horizontal, et que, en cas de vanne de deux moteurs (alternative bien improbable) la puissance du moteur restant assure une rotation des hélices suffisante pour un atterrissage en vol oblique. Les galets d'eptrainement assurent une adhérence de friction progressive et totale à partir d'un régime correspondant au régime minimum de descente; el le augmente avec la puissance nécessaire au vol stationnaire et ascendant. L'emploi de galets spéciaux supprime le b-ruit-et le risque de bris d'engrenages, et assure au meilleur compte une réduction de vitesse directe sans lubrification. 40) par l'emploi comme il est dit plus haut, de trois petits mo teurs marins dont la sécurité est bien connue et qui sont très légers; ils ont l'avantage d'être refroidis par eau, le refroidissement par air étant un gros problème dans le vol vertical. Poursuivant un même souci de sécurité , un radiateur central a été fixé sous l'axe du rotor et refroidi directement par une turbine actionnée par celui-ci; le radiateur est divisé en trois segments refroidissant respectivement chaque moteur. 50) par la disposition de quatre petits réservoirs d'essence verticaux situés à égale distance autour de ia cage du rotor pour des raisons de centrage et de sécurité; chaque réservoir alimente les trois moteurs, ce qui fait quatre arrivées d'essence col Lactées par moteur, divisant par quatre pour chacun des moteur les risques de panne d'alimentation. 60) par la disposition des masses et son mode de pilotage: en effet, les formes aérodynamiques, les masses fixes, mobiles et va riables sont concues et réparties de telle façon qu'elles placent le centre de gravité général au milieu de l'axe du rotor1 confondant ainsi, pour obtenir une stabilité optimum, le centre de gravité de l'aérodyne et le centre de sustentation du rotor. Les masses variables (carburant) étant situées à égale distance de l'axe du rotor, n'affectent pas le centrage de l'appareil; tes masses arrières (moteurs) sont fixes et ont le même poids et le même moment d'inertie que les masses avant constituées par le pilote et les passagers. Les masses avant sont montées sur un plancher mobile et équilibré à l'intérieur de la cabine. Ce plancher mobile se déplace sans effort d'avant en arrière et vice et versa par la traction ou la poussée effectuée par le pilote sur un manche de commande soli daire de l'aérodyne et fixe dans ie plan longitudinal. Le déplacement des masses mobiles vers l'avant malgré son peu d'amplitude, fait varier le moment d'inertie de celles-ci, faisant basculer appareil et rotor vers l'avant: c'est le régime de la translation AV et Ai . Le manche est, dans le plan latéral, articulé en rotation, et son balancement de droite à gauche et inversement, actionne une surface mobile, fixée verticalement dans l'axe de l'appareil et la met plus ou moins sous le souffle du rotor qui tend à la remettre à la verticele en créant un couple redresseur semblable au gauchissement des avions dans le cas de déplacements latéraux du rotor (rafales, virages...etc) À la partie supérieure du manche de contrôle est monté un tableau de bord équipé des instruments de controle de vol habituels et les manettes de gaz.Un volant situé en avant du tableau commande par cables, la manière d'un avion, deux volets de direc tion terminant la carrosserie, et agit sur deux volets différen tiers; situés dans l'axe longitudinal et sous le souffle du rotor; ces volets assurent les changements de cap depuis le vol station- naire. 70) par sa visibilité que lui confère sa cabine spacieuse à 1' avant, entièrement translucide pour trois personnes, et son atterrissage classique d'avion muni de roues à freins de parking et de pneus routiers, permettant le remorquage sur route et lui assurant une autonomie quasi totale. 8t) par sa carcasse indéformable en tubes d'acier soudés, portant de fabrication toutes les attaches des parties mécaniques; l'ensem- ble étant recouvertd'une carrosserie en alliage léger soudé, d'une ligne aérodynamique étudiée pour une bonne tenue et une moindre résistance dans tous les cas de vol Pour une compréhension meilleure de cette description il y a été adjoint dix figures la figure 01 représente une vue perspective de l'aérodyne. - la figure N02 représente une vie én plan de l'appareil. - la figure N 3 est un schéma de l'entraînement par galets auto-embrayeurs - la figure NO est une coupe schématique du rotor et des vo lets de commande. - la figure N05 représente le plancher mobile et illustre la manoeuvre de décentrage. - la figure N06 schématise le centrage et l'assiette de l'appareil en vol vertical et stationnaire. - la figue N07 schématise le centrage et l'assiette de l'appareil en translation avant. - les figures NOS & 9 représentent schématiquement la coBman- de de redressement latéral. - la figure N 10 représente la commande de direction et de changement de cap. Sur la figure n 1 on voit le couloir torique 1 de canalisa tion des masses d'air-du rotor constitué par une hélice supérueu- r 2 et une hélice inférieure 3; le couloir est fixe sur l'ensemble de l'appareil 4 et le rotor est actionné par trois moteurs dont on voit les arbres de transmission 5-o-7 et les capotages 8-9-10, les galets et les plateaux de commande sont enfermés dans un carter central il; dans la cabine translucide 12 solidaire de l'ensemble 4, op voit le plancher mobile 13 portant la banquettesiège 14; le mancha de controlel5 portant le tableau de bord 16 et le volant de direction 17, actionnant les volets de direction 18-19-20-21 et le volet redresseur 22;de part et d'autre du fuselage sont montés è I'avant deux atterrisseurs 23, et, à l'arrière un atterrisseur 24. La figure 2 montre le forme aérodynamique en plan et la forme des surfaces latérales 26-27 assurant une bonne tenue en translation dans l'axe de lacet. La figure n03 montre la disposition des moteurs à l'arrière servant-à équilibrer le poids de l'équipage à l'avant ainsi que la disposition des quatre réservoirs d'essence 28.29.30.31 . Les moteurs 32.3334. entraident respectivement les galets 35.36.37 coulissant sur les arbres cannelés 38.39.40. Les arbres portent à la sortie des moteurs un joint élastique d'entrainement 41.42.43 et tourillonnent à leurs extrémités dans une pièce centrale 44 a i'aide de roulements 45.46.47. - L'hélice supérieure 2 est boulonnée sur un plateau de friction 64 tournant librement sur un axe central fixe 48 solidaire de I 'armature 49 en tube au moyen de rou liement 58 (voir fig.4) Suite fig.4 - L'hélice inférieure 3 boulonnée sur un plateau 51 tourne librement sur l'axe 48 au moyen des roulements 52, I e plateau 51 se prolonge, å la partie inférieure, par une portée tourillonnant à l'intérieur de l'armature inférieure 53 par l'intermédiaire du roulement 54 . La turbine de ventilation 55 est solidaire du plateau 51 et tourne à la meme vitesse , refraidissant les segments de radiateur 56 fixé au chassis 53 par le carter 57.Chacune des trois segments de radiateur refroidit son mo- teur respectif par les canalisations d'eau 58.59- L'arbre 39 passe à travers l'axe fixe 48 et la pièce centrale 44 tausde-ux solidaires de lfarwature supérieure 49 et inférieure 53. Cet arbre porte son extrémité des cannelures sur lesquelles coulissent le galet 36 maintenu en position débrayée par le ressort antagoniste 60. Suivant la vitesse de l'arbre 39 les masselottes 61 articulées en 62 sur une pièce 63 solidaire de l'arbre 39 agissant sous l'action de la force centrifuge en poussant le galet 36 assurent la friction et l'entraînement des plateaux 64 et 51. Le mê- me processus se produit pour les trois galets 35.36.37. faisant ainsi tourner les hélices 2 et 3 en sens inverse ; dès qu'un motuer s'arrete, il est débrayé automatiquement par le processus inverse.L'anneau torique torique 1 (fig 4) a une section particulière assurant une entrée et une sortie d'air optimum pour-la sustentation de l'apparei-l. A la base.de cet anneau, dans l'axe longitudinal de l'appareil, est fixé un axe 65 sur lequel tourillonnent librement, d'une part le volet redresseur 66, -et els deux volets de direction et changement de cap 67 et 68. Il est évident que pour augmenter l'efficacité de ces volets ils peuvent etre doublés, mais toujours dans l'axe longitudinal pour ne pas offrir de résistance à l'avancement et, dans ce cas, ils se situeraient à égale distance de part et d'autre de cet axe. Figure 5: le chassis b9 faisant partie de la carcasse de l'appareil se prolonge à l'avant par deux tubes de très forte section sur lesquels sont montées deux goutières-70 glissant sur les tubes 69 au moyen des galets 71.72.73 et portant la banquette siège 74. Le manche de contrôle 15 supportant le tableau de bord .16 et le volant de direction 17 étant fixé dans le sens AV AR, une traction opérée par le pilote amène le siège 74 qui lui est mobile, et le pilote assis dans le siège en position B; une poussée sur le meme manche ramène le pilote en position A et, la poussée accentuée en position w. Les efforts à déployer peuvent etre compensés par de petits vérins ou ressorts, disposés d e façon à équilibrer les masses à. déplacer. La simplicité de la conception générale de l'appareil est clairement démontrée, non moins simple en est le fonctionnement. Figure 6 : l'axe vertical du rotor est perpendiculaire au sol et les masses AV 75 et AR7S sont à égaie distance du centre général de l'appareil qui est également le.centre géométrique du rotor, mais l'axe joignant les deux masses fait un angle xl avec l'horizontale, égal à l'angle x2 dufond de la carrosserie avec le sol. Les moteurs étant en marche et commandés par trois manettes de gaz synchronisées, les galets entrent doucement en friction et, en au mentant le régime des moteurs, on obtient le régime de rotation de décollage des hélices r celles-ci étant à proximité immédiate du sol, I'appareil bénéficie d'un effet de sol important facilitant le décoilage et les évolutions près du terrain.Suivant l'augmentation du régime des moteurs l'aérodyne s'élève verticalement; le décollage, le vol stationnaire et l'atterrissage à la vert-icale sont seulement réglés par la manette des vz. L'appareil étant en station à quelques mètres du sol offre toujours la meme assiette que sur la figure 6, les masses n'ayant pas bougé, assurent par la confusion de leurscentres une stabilité maximum. Pour partir en vol de translation horizontale (fig.7), le pilote exerçant une traction sur le manche, fait passer la masse mobile (pilote 6 passagers, équilibrée par la masse AR 76) en position 77 créant un couple de décentrage qui incline l'ensemble de l'appareil (y compris le rotor) d'un angle x1 sur la verticele, la résultante F perpendiculaire au plan du rotor peut se décomposer en deux forces Fz sustentation qui équilibre le poids P et Fx traction, qui assure la translation de l'appareil : c'est le régime du vol horizontal. Dans cette configuration, le ventre de l'appareil a rejoint l'horizontale et n'oppose plus de traînée à i' avancement. En effectuant les manoeuvres indiquées en figure 5, on peut ralentir ou ramener en vol stationnaire A et même reculer. Sont supprimées toutes les manoeuvres effectuées sur les hélicoptères classiques au moyen de côuteuses complications mécaniques (pas ie cyclique, pales articulées, rotor de grand diamètre, réduc teurs, suiveurs, etc. etc .* Dans le plan latéral (fig.8) le basculement du rotor à droite ou à gauche dans l'effet de créer un couple redresseur (I'équilibre du rotor ayant été perturbé par une rafale, ou le pilote voulant accentuer une manoeuvre) s'obtient au moyen de l'inclination à gauche ou à droite du manche. Le manche 15articulé latéralement en 78 commande par l'intermédiaire de cabine 79 et de poulies 80 une surface mobile 66, articulée sur un axe 65 sous le rotor. En inclinant le manche à gauche (fig.9) on oppose la surface 66 au souffle du rotor qui tend à la remettre dans la verticale: cette surface étant solidaire de l'appareil entraine tout ltensem-- ble et le rotor en translation sur la gauche . Ceci pour les évolutions. Pour redresser l'appareil parti en embardée pour une cause imprévue (rafale..etc.. il suffit de pencher le manche du côté opposé où l'appar.eil s'emlrartlue, pour le redresser comme un un avion aux ailerons, manoeuvre purement instinctive. Fig.10: la commande de direction: le volant 17 indépendamment de l'inclinaison du manche , command. par câble 51 et poulies 82, deux volets de direction situés à l'arrière de la carrosserie de l'appareil et pivotant respectivement sur les axes 83 et 84; les deux volets sont conjugués par une barre de connexion 85 montée en chapes sur des guignols S6 et 87 solidaires des volets 20 et 21. Les volets de changement de cap 67 et 68 articulés sur le memoe axe 65 que le volet redresseur sont reliés par deux biellettes 88 et 89 aux deux guignols 86 et 87 pour le volet arrière 68; le volet avant 67 est commandé en sens inverse par un deuxième câble de conjugai- son 90 passant sur les poulies doubles 82 Lorsqu'on tourne le volant à gauche les volets 67 et 68 se braquent différentiellement sous le souffle du rotor, créant un couple ayant tendance à faire pivoter l'avant de l'appareil sur la gauche , celui-ci étant en vol stationnaire, on obtient ainsi un changement de cap sur place. En vol horizontal même opération, mais les volets 20 & 21 sont beaucoup plus efficaces et agissent à la manière & un gouvernail d'avion. Les volets 67 s 68 ont très peu de braquage afin qu'en translation leur effet s'ajoute à celui des volets de direction sans prépondérence sur celui-ci. Ce véhicule aérien présente une nouveauté absolue sur la fabrication d-es types habituels de giravions par son rotor sustentateur encastré et la suppression des engrenages; il offre des qualités de sécurité quasi absolue par le nombre et la disposition des propulseurs et le mode de distribution du carburant; il est remarquapar la facilité de son pilotage instinctif par déplacement des masses et, dans l'ensemble par la simplicité et: la robustesse de ses conceptions. Son aérodynamisme et sa forme générale rappellent l'automobile terrestre. R E V s -; D I C \ T I O N S 10) Giravion à commande de centrage et rotor sustentateur encas- tré , caractérisé par le fait que le rotor est constitué par deux hélices monobloc identiques, à pales multiples et à pas fixe, tournant en sens inverse autour d'un axe fixe et à l'intérieur d'uni couloir annulaire encastré solidaire de l'appareil. 2 ) yiravion selon la revendication n01, caractérisé par le fait que le profil du couloir annulaire est étudié pour utiliser les masses d'air passant à travers le rotor pour une meilleure sustentation de l'appareil. 30) giravion selon la revendication n01 caractérisé par le fait que le centre de gravité de l'ensemble de l'appareil se confond avec le centre de gravité du rotor 4 ) giravion selon les revendications n01 et n03 caractérisé par le fait que les masses variables de carburant équidistantes de l'axe du rotor s'annulent et n'affectent pas le centrage de l'appareil; que les masses fixes arrières (moteurs) et avant (pilote, passagers) ont le meme poids et le même moment d'inertie et n'af fectentpas le centre de gravité de l'ensemble, sauf en cas de manoeuvres voulues comme indiqué ci-dessous. SQS giravion selon les revendications n03 et n04 caractérisé par le fait aucun plancher mobilepermet au pilote par simple traction AV ou AR sur le manche de commande, le déplacement des mas- ses fixes avant assurant instinctivement l'horizontalité de l'appareil en vol, ainsi que son ralentissement et même son recul. 60) giravion selon les revendications n05 caractérisé par le fait que sur le plan latéral, le manche précité, articulé en rotation, actionne une surface mobile solidaire du rotor à effet de créer un couple redresseur maintenant la stabilité de l'appareil et facilitant instinctivement ses évolutions à droite et à gauche indépendament du role des volcts redresseurs ou de direction traditionnels. 70)giravion selon les revendications n01, A, 5 et 6, caractérisé par le fait que le mode d'entrainement des hélices à auto-embrayage automatique, et celui de tous les organes mobiles exclut totalement les engrenages fragiles et bruants pour n'utiliser que des galets, roulements, cables, vérins hydrauliques, leviers etc, toutes pièces simples et robustes, et des forces connues: centrifuge, friction, inertie, d'déviation d'air ...etc. \Do giravion selon les revendications 1,3,4 et 5 caractérisé par le fait que la sécurité totale de l'appareil est due-à lagro- pulsion par trois moteurs marins, robustes et légers, refroidis par l'eau .d'un radiateur central placé dans l'axe du rotor et mû par une turbine actionnée par le rotor, ce radiateur central alimente trois segments , un par moteur. 90) giravion selon la revendication n08 caractérisé par le fait que la sécurité de l'ensemble est encore accrue par le mode - d'alimentation des trois moteurs par quatre réservoirs, chacun muni de trois distributeurs (un par moteur) ce qui fait douze arrives de carburant. 100) giravion selon la revendication n01 caractérisé par le fait que le rotor caréné a permi de donner à l'appareil des lignes aérodynamiques et une configuration générale rappelant l'automobile terrestre.