Brevet FR2560843A1 — publié le 19850913

Avion du type ULM. La présente invention a pour objet un avion et, plus parti culierement, un avion du t)-pe ULM (ultra léger motorisé) Ce genre d'appareil est suffisamment connu actuellement pour qu' il ne soit pas nécessaire de le présenter. I1 en existe de différents types, notamment à grand allongement. Au cours de présentations d'ULM au sol et en vol, regroupant les principaux modèles actuellement utilisés, l'inventeur a imaginé la realisation d'une voilure delta à fente, constituée de deux surfaces inégales superposées : une voilure principale inférieure et une voilure additionnelle supérieure décalée vers l'avant, et de surface inférieure.La configuration delta, plus favorable à la vitesse pour une faible puissance motrice, permettrait, grâce à l'effet de fente, une descente quasi-parachutale à faible vitesse d'enfoncement se traduisant par une course très réduite à l'atterrissage. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'avion comporte une nacelle fixée directement sous la voilure principale. Cette nacelle peut avantageusement porter à l'arrière un mo teur actionnant une turbo-soufflante carénée. Le pilotage pendulaire par déplacement du corps sur le delta plane actuel est trop aléatoire à tous points de vue et a donc été exclu. L'emploi d'une tarbo-soufflante carénée évite les dangers présentés par une hélice extérieure sans protection et permet d'améliorer le rendement propulsif à diamètre égal grâce à l'effet de tuyère résultant de la canalisation de la veine d'air. Le coefficient de sécurité relatif à la mécanique n'appellerait aucune critique en équipant le moteur d'un démarreur électrique dont le poids et l'encombrerlent pourraient être considérés comme acceptables en raison de la faible cylindrée du moteur à mettre en oeuvre, d'un corrfsscteur altimétrique et d'un dispositif de dégivrage du carbuaateur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins ci-joints et qui fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les dessins montrent - figure 1, une vue en perspective schématique d'un exemple de voilure d'un avion ULN selon l'invention - figure 2, une vue en plan à l'échelle des voilures de la figure i - figure 3, une vue de profil des voilures ; - figure 4, une vue en plan analogue à la figure 2, montrant la grandeur et l'emplacement de la nacelle et des gouvernes ; et, - figure 5, une vue de profil montrant la position de la nacelle et des gouvernes. L'exemple de réalisation de 11 invention représenté sur les figures comporte une voilure principale 1 et une voilure additionnelle supérieure 2 décalée vers l t avant et de surface inférieure. Les deux voilures ont en section transversale un profil en W renversé. La surface de la voilure additionnelle est inférieure à celle de la voilure principale pour alléger l'ensemble car l'efficacité de l'effet de fente ne nécessite pas des surfaces égales et de même envergure sur cette voilure de grande profondeur où l'effet de souffle s'exerce principalement selon l'axe de symétrie, en raison de l'interaction de ces deux surfaces triangulaires, ce type de voilure étant caractérisé par l'effet de profondeur contrairement à la voilure classique de plus grand allongement où l'effet d'envergure prédomine. Avantageusement, la structure des voilures est réalisée en tubes légers pouvant recevoir, soit un revêtement en toile tendu par l'ossature, soit un revêtement rigide en plastique moulé ou en métal léger en tôle fine. Ces revêtements pourraient adopter suivant la surface portante nécessaire et les performances recherchées, une double convexité en toit (W ren vers, comme représenté, ou en variante une convexité en arc, avec dans les deux cas une flèche égale au 1/8 de la corde La formule delta à fente conforme à l'invention permet la réalisation d'une voilure légère à portance élevée sans recourir aux yrands allongements. Dans l'exemple représenté ci-après, on a choisi une voilure additionnelle, semblable à la voilure principale, avec un rapport de similitude linéaire d'un quart. Cette valeur n est 7?as critique et la voilure additionnelle pourrait être plus grande, mais sans améliorer l'effet de fente de façon intéressante, en regard de l'augmentation de poids correspondante. En se reportant à la figure 2, les axes AC, AO, AB et leurs homologues sont les lignes de force de tension des revête- ments Les triangles ACC' et A2C2C' 2 sont isocèles, la base CC' étant écale à la hauteur AF". Les côtés AC et A2C2 sont aralléles ainsi que les côtés ACi et A2C'2. Les quatre pans de chaque voilure sont identiques BO = OC. La surface de voilure, outre le triangle isocèle ACC', comporte une surface complémentaire postérieure CBC', dans laquelle le point B est défini en traçant à partir de C la perpendiculaire à AO et l'on a AB = es axes AO et A202 sont également parallèles. Pour réaliser le calage de la voilure additionnelle à l'aplomb de la voilure principale, on choisit dans un exemple la distance DD' os points D et D' étant les intersections en plan des côtés AC et AC' avec l'axe C2C'2 de l'envergure de la voilure additionnelle égale au 1/4 de l'envergure CC' de la voilure principale. La différence de niveau entre A2 et A-qui détermine l'ouverture de fente venant de construction est fonction e O2 cale à hauteur des 2/3 de la flèche de convexité OF 0F à partir de F. L'ouverture de fente est égale à 6 . Les deux voilures sont assemblées l'une à l'autre par une liaison rigide. A titre d'exemple, cette liaison peut comporter deux entretoises verticales en F"2 et en E (figure 2), E étant aux 3/4 de la distance A2F"2. En outre, la liaison comprend des entretoises latérales obliques joignant les bords des voilures E'E' 2 2 E"E"2 - DC2 - D'C'2 En outre, des raidisseurs horizontaux peuvent joinre sous la voilure principale les points E'E", en passant par le point central à l'aplomb de E et les points E' 4E4 en pas sant par le point central à l'aplomb de F"2. On obtient ainsi une voilure rigide et légère. La voilure est fixée sur la nacelle 3 par un systéme oNancrage reliant la nacelle à la voilure principale. Cette liaison rigi- de évite toute déformation de la voilure due à l'effet pendulaire de la nacelle. Cette fixation comporte deux attaches rigides aux sommets S et S' (figures 4 et 5) des arceaux d'habitacle de la nacelle, et est complétée par des haubanes obliques reliant sous un angle de 450 la nacelle aux raidisseurs horizontaux et transversaux de la voilure principale. La voilure peut être calée à un angle d'attaque de 1 à partir du point S'. L'angle d'attaque s'ouvre vers l'avant selon l'axe OA vue de profil (figures 3 et 5). 02A2 est parallèle à OA. L'axe commun à la nacelle et à la turbo-soufflante reste horizontal. La nacelle représentée à titre d'exemple sur la figure 5 comporte un habitacle fermé, apportant confort et sécurité, mais toute autre forme de nacelle est possible. Selon l'invention, la nacelle est de préférence placée le plus près possible de la voilure principale, en-dessous de celle-ci, et est fixée rigidement. Les gouvernes de direction et de profondeur sont situées devant la nacelle. La gouverne de direction 4 est fixée sur une barre verticale 5 et la gouverne de profondeur 6 sur une barre horizontale. Cet empennage est situé à l'avant de l'appareil pour fonctionner en dehors de tout masque et notamment celui de la nacelle. Ce positionnement correspond au point d'efficacité maximale des gouvernes de direction 4 et de profondeur 6 sur ce type d'appareil pour agir sans inertie sur les axes de lacet et de tangage. La gouverne de direction est placée devant la gou- verne de profondeur qui est calée à demi-hauteur de la gouverne de direction dans le prolongement de l'axe de la nacelle. La profondeur est donc soufflée par la direction. La disposition de l'empennage et l'interaction direction/profondeur doivent permettre un excellent contrôle de l'appareil jusqu'aux plus basses vitesses et pendant la descente parachutale. Les gouvernes de gauchissement ou ailerons 7, 8,- situées sous la voilure principale, sont fixées sur la barre transversale 9 reliant les points RR' et R" alignés sur le même plan sous la convexité de la voilure principale.Cette barre, qui assure également la fonction de raidisseur horizontal/transversal de la voilure principale, s'oppose à toute déformation de l'aile due aux couples contraires des ailerons et participe au maintien de sa convexité. La gouverne de direction est complétée par une gouverne plus petite 11 assurant la fonction de compensateur de directionj correcteur de dérive. Cette gouverne secondaire est située audessus de la gouverne principale sur la même barre verticale. Son axe d'articulation est dans le prolongement de celui de la gouverne principale. La gouverne de profondeur est complé t par une gouverne plus petite 12 assurant la fonction de compensateur de centrage/correcteur d'assiette. Cette gouverne secondaire est située au-dessus de la gouverne principale sur une seconde barre transversale. Son axe d'articulation est à l'aplomb de celui de la gouverne principale. Toutes ces surfaces font appel au même principe de gouverne - type unique de gouverne monobloc dont l'axe d'articulation est situé au tiers avant de la profondeur du profil - débattement total 900, soit 450 de part et d'autre de l'axe d'articulation - profil biconvexe symétrique - épaisseur maximale au tiers avant du profil - épaisseur relative au tiers avant- 5% de la profondeur du profil La nacelle comprend l'habitacle, le support du moteur extérieur sous la voilure principale et l'encastrement de la turbosoufflante dans le bâti de la pointe arrière. Les arceaux d'habitacle supportent la fixation axiale de la voilure. Le train d'atterrissage peut comporter deux roues fixes en 15, et une roue directrice en 16 (figure 5), une roue de protection des gouvernes peut être placée en 17, à l'aplomb de celles-ci. La nacelle porte à l'arrière un moteur 21 entraînant par une courroie 22 une turbo-soufflante carénée 23. Celle-ci comporte de façon classique des aubages fixes en amont et une roue mobile. Avantageusement, on utilisera selon l'invention une roue dont chaque pale, vue axialement, recouvre à moitié la pale adjacente et est elle-même recouverte à moitié par l'autre pale adjacente, par exemple une roue à seize aubes, dont chacune, vue de face et avant le vrillage, est égale à 1/8 de la surface du corps annulaire comprise entre le moyeu et la paroi interne de la tuyère. On pourra selon les applications et les performances recherchées utiliser une turbo-soufflante à plusieurs étages. Avec une envergure CC' de 4m80, un moteur deux temps de 200 cm2 cylindres permet d'atteindre avec un revêtement entoilé une vitesse maximale de 100 kmjh et une vitesse de croisière de 80 kmXh avec une vitesse d'atterrissage ou de décollage de 20 km/h. Avec un revêtement rigide, ces valeurs peuvent être portées à 15E, 120 et 30 respectivement Ce type d'appareil pourrait donner lieu à des modèles beaucoup plus rapIdes avec une charge utile plus importante, en quittant le domaine de l'ULM pour accéder aux catégories supé- rieures grâce à une motorisation portant le rapport poids/ puissance à son niveau optimum. Il conserverait néanmoins une grande souplesse d'emploi en raison de son aptitude à se contenter de terrains de taille réduite grâce à sa voilure à fente. A titre d1exemple, pour les dimensions indiquées ci-dessus (CC1 = 4 m), le poids à vide de l'appareil peut être dsen- viron 120 kg et il peut emporter un passager de 80 kg et 40 kg de carburant. Cette solution, différente de l'avion et t du delta-plane cerf-volant, représente une voie intermédiaire mais originale car elle n'aboutit pas dans se définition à un hybride suscep- tible de rassembler les inconvénients de deux formules sans qualité spécifique évidente.Dans la logique de cette approche, il a semble que la turbo-soufflante de faible maitre-couple serait le propulseur le mieux adapté à ce type d'appareil, car il pourrait être entraîné au régime optimal par un moteur deux-temps de petite cylindrée donc ultra-léger lui-même, clest-à-dire en rapport avec l'appareil, et off rirait à puis- sance égale un rendement propulsif supérieur à celui de lUhé lice classique. Cette voiture, simple à réaliser et peu onereuse, serait de nature à donner satisfaction aux utilisateurs d'ULM recherchant le vol libre en sécurité avec une mécanique facile dDen- tretien et de réparation, à peu de frais en raison de sa grande diffusion dans ie commerce. Ce genre de moteur a fait, depuis longtemps, la preuve de sa robustesse en fonctionnant sans défaillance sur des engins dont on demande souvent plus qu'ils ne sont censés donner, tant sur le plan de la vitesse que sur celui de la charge avec un entretien dont les normes ne sont pas toujours respectées. De plus, une panne éventuelle n'aurait pas de conséquences dramatiques grâce à la capacité de l'engin à se poser lentement sur une aire très réduite. Il paraît opportun de souligner que le principe de-la turbosoufflante n'a jamais été traité sous cet angle et que ce propulseur représente donc un type original susceptible de donner lieu à des extrapolations se traduisant par des variantes élaborées en fonction d'autres adaptations sur d'autres types d'appareils, sans sortir pour cela du cadre de l'invention, définissant le présent modèle de base. Spécifique de ce type d'ULM, il s'inscrit dans la cohérence de l'ensemble dont il est partie intégrante. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Revendications 1. Avion, notamment du type ULM (ultra-léger motorisé) caractérisé en ce qu'il comporte deux ailes delta inégales superposées utilisant l'effet de fente, une voilure principale inférieure et une voilure additionnelle supérieure décalée vers l'avant et de surface inférieure. 2. Avion selon la revendication i, caractérisé en ce qu'il comporte une nacelle fixée directement sous la voilure principale pour réduire au minimum lteffet pendulaire. 3. Avion, selon la revendication 2, caractérisé en ce que la nacelle porte à l'arrière un moteur actionnant une turbosoufflante carénée remplaçant l'hélice classique. 4. Avion selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'entraînement de la turbo-soufflante est assuré par quatre courroies enclenchées dans la même gorge et passant sur deux poulies à gorge interchangeable pour adapter leur diamètre à la démultiplication choisie. 5. Avion selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les gouvernails sont placés devant la nacelle pour agir sans inertie sur les axes de lacet et de tangage et assistés de compensateurs correcteurs de trajectoire permettant de conserver le débattement total des gouvernes principales pour le pilotage pur.