Brevet FR2518493A2 — publié le 19830624

FR 2518493 A2 19830624 FR 8123797 A 19811221 L'invention conserne un aéronef adapté à l'exploitation d'une rampe do lancement et d'atterrissage dont l'intérêt majeur est la suppression des infrastructures des pistes . La rampe de lancement peut ètre installée sur des alti-surfaces en haute montagne et de ce fait l'aéronef possède une énergie potentielle .La puissance de la rampe de lancement commu- nique à l'aéronef l'accélération nécessaire pour obtenir sa vitesse de sustentation qui est de l'ordre de 25 m/s . Dès le décollage l'aéronef est en configuration vol de descente , l'accélération continue sans dépenser l'énergie de bord pour obtenir les viteses d'évolutions de l'ordre de 40 m/s et mème la vitesse maximum ci-nécessaire . L'énergie totale de l'aéronef étant la somme de l'énergie potentielle et l'énergie cinétique , ce qui a pour première conséquence d'ajuster la force de propulsion pour compenser la traînée aérodynamique en vol en palier et le poids de l'aéronef en vol de montée fonction de la masse totale définie Cette réduction importante de la paissance installée ont raine le choix d'un nouveau propulseur mien intégré à l'aérodynamisme de l'ensemble dono plue performant que les moyens classiques hélices ou réacteur La deuxième conséquence est la réception de l'aéronef sur le-chariot qui a servi & son lancement sans train d'atterrissage ni accessoires méca nique d'appontage . Le fuselage est donc très allégé par rapport à l'avion classique .La conception de l'aéronef est au départ celle d'un planeur de hautes performances capable d'exploiter l'énergie atmosphérrique . Le propulseur aura la possibilité d'un fonctionnement très inter mittent . C'est un générateur d'impulsions et joue le r8le de compensa tour pour maintenir l'aéronef en vol en palier en utilisant les variations de vitesse du vent à défaut des mouvements ascendants : c'est un vol dynamique .La @ISSION de c@t aéronef consiste essentiellement à une élévation très lente en altitude et une navigation prospective en stratosphère vers 50 Kms d'altitude à des vitesses sur trajectoire comprises entre 25 et 100 m/secondes , des vitesses ascentionnelles de 5 à 10 m/s en ondes atmosphériques réduite à I mss on utilisant le propulseur L'aéronef n'est pas habité .Il est entièrement automatique , radioguidé et télé-piloté depuis le sol en duplex avec la télévision de bord L'altitude et l'autonomie de vol sont illimités o Les équipes de techni- ciens se relayent pour le pilotage , l'ordinateur intervient également pour les vols de très longue durée o Ce prototype résume les avantages d'exploitation des rampes do lancement et d'atterrissage L'étude des différentes SEQUENCES de vol feront apparaitre plus clairesent les caractéristiques de l'aéronef ainsi énoncées et la description technologique , en se référant aux dessins ci-annexés . La planche N I: représente les différentes séquences de vol depuis le lancement des aéronefs en alti-surfaces de hauts reliefs-et l'ascension au-del de la stratosphère Planche N 2 représente l'aéronef dérivé d'un planeur équipé d'un nouveau propulseur et caractérisé par la géomètrie d'une nouvelle structure permettant une jonction on vol de plusieurs aéronefs par fuselages super posés. Planche N 3 représente la séparation de l'aéronef inférieur du " trio" il regagne la rampez d'atterrissage 1 les deux autres continuent leur vol Planche N 4 représente un nouveau propulseur intégré dans le fuselage La figare I planche I illustre une nouvelle technique de lancement d'aéronef dans l'espace . Elle représente tout d'abord la coupe d'un relief aur une distance de 30 Kms ( repère I ) e L'aéronef est accéléré par la rampe de lancement installée sur une alti-surface en # à une alti -tude de l'ordre de 3000 mbtres , c'est la première séquence du vol Après le décollage l'aéronef continu son vol en pente de descente repèré par la trajectoire #, il peut prendre sa vitesse maximum. Son énergie totale est la somme de l'énergie potentielle en # et l'énergie cinétiq tique en #.Cette accélération s'effectue sans propulsion , c'est un vol plané jusqu'aux abords du relief en # sur une distance de 20 Kms vol rectiligne s c'est le deuxième séquence de vol . . En # l'aéronef at- teint l'onde atmosphérique déclenché par le relief sous un sent fort de l'ordre de 35 m/s w C'est le debut du vol de montee qui sera détecté commandé contrôlé en télé-pilotage par la station fixe de radio-guidage au sol;;-l'aéronef peut atteindre parfoi@ une vitesse ascentionnelle de 8 m/s en # c'est à dire qu'il peut atteindre l'altitude de 28.800 mètres en une heure sans pilote à bord . Le pilote limite généralement ce gain d'altitude on planeur par son poids d'équipements de survie compte tenu de la légèreté nécessaire de cet appareil . L'élévation peut durer prèsque indéfiniment grâce à l'automatisation du vol et la surveillance depuis l@ sol . L'aéronef @n @one # est au maximum de l'amplitude de l'onde et ce sans aucune dépense de l'énergie de bord , c'est un. nouvelle énergie potentielle en fin de la troisième séquence de vol . Le propul- seur qui est un générateur d'impulsions assure la continuité du vol face au vont , en utilisant les variations de sa vitesse horisontale t c'est un vol dynamique rarement exploité Ce vol dynamique est un vol stationnaire par rapport à un point fixe au sol.La vitesse de l'aéronef est celle du vent de bout .La dépense d'én nergie de bord est t faible vt intermittente par impulsion de puissance d'environ six kilo Watts . L'aéronef se Maintient à une altitude cons- tante de l'ordre de 20.000 mètres ce qui permet de mettre plusieurs appareils on attente pour un rassemblement et un vol de groupe en vue d'une Jonction de trois aéronefs . C'est la quatrième séquence de vol . L'assemblage s'effectue par fuselages superposés illustré en # du plan I. La Jonction se réalise par télé-pilotage . L'équilibre aérodynamique de l'ensemble est analogue à un tri-plans grâce à une géométrie et une symétrie de conception des aéronefs décrite selon la figure Z plan 2 . Les trois aéronefs sont équipés de propulseurs de puissance et masse énergétique différentes. C'est la poussée de l'aéronef inférieur # en 9 qui maintient la Jonction sans arrimage jusqu'à épuisement de son énergie de bord . Le propulseur de l'aéronef # se met en fonctionnement avant l'extinction du propulseur pour la première séparation de l'ensemble L'aéronef I regagne rapidement la rampe de lancement pour un approvision -nement on énergie o L'ensemble des aéronefs assemblés # et # continuent leur ascension ( repère 10 ) o C'est un fonctionnement analogue aux trois étages dune fusée avec séparation mais avec récupération des propulseurs les aéronefs jouant le rEle de navettes . Les propulseurs sont calculer et réglés pour une faible puissance et consommation d'éner- gie minimum o Par contre l'aéronef supérieur # équipé d'une puissante fusée ( autant que la charge le permet ) effectuera un vol balistique au-delà des couches denses de l'atmosphère . Ce planeur fusée ne peut fonctionner que dans le vide étant donné la fragilité de sa structure . Ce vol balistique est la cinquième et d#enière séquence de vol repré venté on # plan I . L'aéronef a une masse totale de 1000 Kgs, masse qui est limitée pour l'exploitation de l'énergie atmosphérique ,l'envergure est de 20 mètres la longueur du fuselage est de 10 mètres @ La vitesse maximum de l'aéronef " navette " est d'environ 60 mètres par secondes e Pour la plus faible consommation d'énergie la puissance du propulseur ce détermine uniquement pour compenser la traînée aérodynamique et le poids on configuration vol de montée . Cette puissance ce calcule par la formule @= M.g.v ( v= vitesse asconsionnelle minimum de I m/s .Pour les tr@ie aérenefs arrimés la puissance nécessaire sera de /: 3000 Kgs X 9,81 X I m/s = soit 30 K Watts ordre de grandeur . fous ce vol opérationnel , les séquences résumées ci-dessous déterminent l'importance d'une masse de structure minimum par l'emploi d'un matériau ultra-léger afin de réduire la puissance installée à bord , d'ajuster celle-ci à de faibles vitesses de montée ce qui entraine une réduction de la nasse du propulseur au bénéfice de la charge utile .Dans le cas des aéronefs ayant le rôle de navettes la charge utile est l'énergie de bord , pour le planeur fusée c'est la charge instrumentale destinée aux vols & très haute altitude e 1ère séquence - accélération pour l'en- vol de l'aéronef sur la rampe do lancement installée en alti-surface: G2 . 2éme séquence - transformation de l'énergie potentielle on énergie cinétique par l'accélération sur trajectoire en vol de descentes #- 3éme séquence - l'ascension dans l'onde atmosphérique pour atteindre 20.000 mètres d'altitude sans dépenser l'énergie de bord: repères6 & # 4éme séquence - Le vol stationnaire possible grâce au nouveau propulseur conçu pour un vol dynamique et le système de jonction on vol de trois aéronefs pour une utilisation rationnelle des énergies de bord e 5ème séquence - Le vol balistique du planeur fusée e C'est on quelque sorte élever au maximum une fusée en altitude à l'aide de surfaces portantes donc de retarder sa mise & feu .La figure 2 planche 2 illustre les aéronefs du type " symétrique " caractérisés par : une conception telle que la partie inférieuredu fuselage est rectiligne en # et comporte une glissière dans laquelle coulisse un téton # selon la figure3 La dérive est inclinée vers l'avant ce qui crée un point d'appui # pour un assemblage entre l'aéronef 1 et ll semblables , par fuselages superposés . L'équilibre de cette jonction est assuré par la force de propulsion # et par les points d'appuis entre le téton # logé à l'ex trèmité avant de la glissière # et la dérive # logé dans l'encoche # de la partie arrière basse du fuselage . L'équilibre transversal et le parallélisme des ailes sont maintenus par de petits verrins téléscopiques @n # . C'est la troisième condition de jonction pour le vol des trois aéronefs assemblés sans organes mécaniques de vorrouillage pour faciliter la séparation des aéronefs rapidement . La distance entre # et # est calculée pour assurer le centrage et les conditions d'un bon écoulement aérodynamique du tri-plan ais d réalisé on vol illustré par la figure 4 Cette manoeuvre de Jonction s'effectue depuis le sol on télé-pilotage et radio-guidage , les caméras de bord occupants la position du pilote en 17 , illustré par la figure 5 planche 2 . Cette technique de télé-pilotage et l'une des principales caractéristique. de l'invention puisqu'elle orée les conditions de vol illimitées en altitude et Mn durée . Il cré@ également les conditions de jonction de plusieurs aéronefs Mn pilotage & vue depuis le sol en utilisant un dispositif d'assemblage et de séparation rapide très sobre , incorporé dans la coque du fuselage sans organes mécaniques conplexes . C'est la force de propulsion de l'aéronef inférieur qui maintient les conditions d'équi- libres entre les points d'appuis 14 - 15 - 16 représentés fig: 3 .P12 Les caméras de télévision installées à la partie, supérieure et centrale du fuselage # : visualisentla glissière de l'aéronef précédent au moment de l'approche , le téton # vient ee @e logé en # puis par variation de vitesse rient se coinser à l'avant de cette glissière dès que la dérive # s'emboîte en # . L'idée de jonction en vol repose donc sur ce dé licat et habile exercice de radio-télé-commande et télé-pilotage duplex. Le prupulseur # est un cylindre de 5 mètres de long ,40 cm de diamètre , s'engage par l'avant du fuselage dans une cavité similaire # , n'affecte pas l'aérodynamique de l'ensemble . Ce nouveau propulseur adapter au vol dynamique ,étant donné sa complexité de fonctionnement fait l'objet d'un autre certificat dwaidition . L'aéronef se caractérisé par inter- chan- geabilité de type de propulseur pouvant être contenu dans la cavité tel que un stato-réacteur ou une fusée .Le chargement du tube # qui est & la fois le propulseur et la masse énergétique dans la cavité 21 de l'aéronef peut s'effectuer par un manutention rapide et automatique le long de la rampe de lancement compte tenu des masses énergétiques dangereuses à manipuler , Cette nouvelle technique de conquète de l'espace i. résume par s l'élévation d'une fusée avec plusieurs surfaces portantes dont les qualités aérodynamiques permettent l'utilisation de l'énergie atmosphérique et un minimum de force de propulsion La planche I donne quelques repères de gains d'altitudes remarquables et de relief : alti-surfaces : 3000 m - Evrest 8882 m Avion porteur t 11.500 m - Concorde 21.000 m - Planeur fusée 2I000 m Avion fusée X15 38.464 m - ballon sonde 43000 m. NOMENCLATURE . Repères : I Relief . 2 Rampe de lancement sur alti-surface . I ère séquence 3 Trajectoire de descente de l'aéronef . 2 ème séquence 4 Relief en amont du vent et ascendances e 5 Courant atmosphérique ondulatoire 6 L'ascension de l'aéronef - - - - - - - - 3 ème séquence 7 Sommet du système ondulatoire 8 Zone de vol stationnaire - - - - - - - - 4 ème séquence 9 Jonction de 3 aéronefs 10 Séparation du Ier aéronef Il Séparation du 2ème aéronef I2 Planeur fusée , vol balistique hors atmosphère 5ème séquence I3 Partie inférieure du fuselage gt glissière I4 Téton d'assemblage partie supérieur du fuselage 15 Dérive inclinée avant 15.a encoche recevant le bord d'attaque dérive 16 Petit verrin de maintient du parallélisme voilure . 17 Télévision de bord . 18 Cavité tubulaire intérieure du fuselage . 19 Propulseur . 20 Chargement du propulseur sur aéronef . 21 Ensemble propulseur et cavité fuselage . REVENDICATIONS . # Aéronef caractérisé par une adaptation à l'exploitation d'une rampe de lancement et d'atterrissage installée en alti-surface possède de ce fait une énergie potentielle qui après accélération au décollage est en con figuration vol de descente obtient de l'énergie @inétique .L'énergie totale de ost aéronef est obtenue sens force de propulsion-ce qui engendre un nouveau dispositif je propulsion . Un tel dispositif est caracté- risé par un propulseur générateur d'impulsions dont la puissance est ajustée aux simples évolutions en vol de palier ou en vol de montée étant dispensé des forces nécessaires au décollage et à l'accélération pour acquérir les vitesses maximum de vol , L'absence du train d'atter rissage étant donné la réception sur rampe , contribue a une diminution de muses de structures de surcroît à la diminution de masse moteur et donne à cet aéronef des qualités aérodynamiques comparablent aux grandes finesses des planeurs , il est caractérisé par un haut rendement de vol et par la possibilité d'exploitation de l'énergie atmosphérique . L'aéronef est entièrement automatique radio-guidé et télé-piloté depuis le sol sans pilote & bord ce qui lui donne une autonomie et une altitude de vol maximum , un tel dispositif contribue à une diminution de poids au bénéfice de la charge utile instrumentale pour la prospection de la stratosphère . L'aéronef est conçu de façon telle qu'une partie symétri que permet une Jonction en vol par fuselages superposés dont l'ensemble aérodynamique équivaux à l'équilibre d'un tri-plan . Ce dispositif permet d'utiliser tour à tour les propulseurs en commençant par l'aéronef inférieur de l'ensemble .Cet aéronef se décroche dès que la réserve d'énergie est épuisée , il regagne la base de départ , les deux autres continues l'ascension avec la force de propulsion du deuxième aéronef', acomplissant le r8le de navette pour l'élévation du troisième appareil équipé d'une fusée . Les trois aéronefs similaires et symétriques pour les causes de jonction sont équipés de différents propulseurs et de masses énérgétiques variables : un t@l dispositif d'inter-changeabilité est caractérisé par une cavité cylindrique à l'intérieur du fuselage pouvant recevoir un tube identique contenant le propulseur et l'énergie. @V 2 - Selon la revendication I le dispositif propulseur est caracté- risé par un générateur d'impulsions , jet de gaz intermittent dont la poussée ou quantité de mouvement est ajustée rigouresement à la puissance nécessaire à l'évolution de l'aéronef pour compenser la trainée en vol os palier et le poids on vol de montée . RV 3 Selon la revendication I le pil@tage automatique et la radiocommande assurant la navigation de cet aéronef est caractérisé par un dispositif de télévision de bord en duplex assurant un télé-pilotage depuis le sol permettant la jonction @n vol de plusieur aéronefs et leur atterrissage de précision sur la rampe de lancement et d'atterrissage . RV 4 Selon la revendication I les fuselages symétriques des aéronefs pouvant s'assembler tar superposition sont caractérisés par un dispositif de glissière à la base rectiligne du fuselage et un téton à la partie supérieure du fuselage qui vi@nt s'engager dans la glissière . Cette jonction s'effectue à l'aide de la force de propulsion de l'aéronef inférieur de l'ensemble et en assure l'équilibre .