Brevet FR2584044A1 — publié le 19870102

-- 1 -- La présente invention concerne un nouveau type d'aéronef à ailes tournantes à usages variés, présentant une structure légère et simplifiée. Dans le domaine des appareils à décollage et atter- rissage vertical il n'existe jusqu'à présent que des appareils A voilures tournantes très au point telles la famille des hélicoptères, et le cas spécifique de l'avion Britanique connu sous la marque NHARRIET" à réacteur vectoriel. Une prolifération de prototypes, projets ou idées d'açro- dines à décollage et atterrissage vertical n'ont jamais franchi le stade du développement ou de la planche à dessin. Le vol vertical ne se laisse pas apprivoiser légèrement, et seul le principe de l'aile giratoire, est aujourd'hui avec l'hélicoptère et l'autogire du domaine grand public. Les principaux inconvénients du système réside dans sa conception. - Utilisation d'un rotor dont le mécanisme est lourd, couteux et de maintenance délicate, pour l'entraînement des pâles de sustentation. - Position du rotor sustentant une cabine qui fait obstacle à l'écoulement harmonieux du flux d'air balayé par les pâles. - Rendement en vol médiocre, d'o une consommation de carbu- rant élevée. - Prix d'achat et d'entretien prohibitif. La présente invention utilise un système de vol autonome, permettant à un utilisateur ayant seulement quelques notions de sécurités de vol (type licence ULM) de prendre l'air à la manière de l'hélicoptère, sans aucune plate-forme aménagée; seul un dégagement raisonnable permettant le libre balayage des pâles doit être observé. -2584044 - 2 - La présente invention est très simple dans sa conception, et sa construction ne nécessite que des matériaux classiques du commerce (bois, aliages légers ou plastiques mécaniques). L'appareil selon l'invention est un aéronef à ailes tournantes de structure légère et simplifiée caractérisé en ce qu'il est constitué d'une nacelle définissant l'assise de l'utilisateur en partie médiane, cette assise étant assurée par une selle montée coulissante dans le plan longitudinal. Autour de cette partie médiane, le bâti comporte deux couronnes supportant chacune au moins deux pâles avec un sys- tème de commande de la variation du cyclique de pas.. Des moyens étant prévus pour assurer l'entraînement et maintenir le calage des pâles entre les deux rotors contra- rotifs des couronnes. Ce bâti comporte en outre des moyens d'appui au sol. L'appareil selon l'invention se distingue dans son originalité par le fait que le centre de gravité placé entre les deux couronnes permet un pilotage aisé, aidé par le dépla- cement de l'utilisateur sur une selle montée coulissante sur un bâti support de l'ensemble. Cette facultée donne à'son pilote une sensation de dominance appréciable chère aux motards. Les têtes de rotors si chères et fragiles sont purement et simplement remplacées par deux couronnes contrarotatives assurant l'entraînement en rotation et maintenant le calage des pâles du rotor. L'entrainement et le contr8le des deux couronnes contra- rotatives sont assurés selon un mode particulier de réalisation, par deux roues tangeantielles au plan intrado pour la couronne supérieure et extrado pour la couronne inférieure. - 3 - Dans une variante simplifiée de l'appareil, les deux roues tangeantielles d'entraînement de la couronne sont placées latéra- lement au plan de vol, de part et d'autre du pilote. Une des roues latérale est motrice, par exemple celle de gauche, et entraînée par un arbre à cadran en deux parties reliées par un manchon cou- lissant permettant de faire varier la position du moteur au sol, et ainsi d'obtenir par déplacement longitudinal de celui-ci le centrage de l'appareil en fonction du poids du pilote et d'ob- tenir la variation d'assiette de l'ensemble, permettant d'as- surer par l'inclinaison des rotors la propulsion de l'appareil. Dans cette variante, toutes le phases de pilotage se font par variations d'assiette de vol, d es aux déplacements du corps de l'utilisateur. Dans une version plus élaborée de l'appareil, les roues tangeantielles sont placées respectivement en partie avant et arrière de l'appareil. - La roue tangeantielle motrice est disposée à l'avant placée dans le plan de vol et porte en plus.une couronne dentée d'en- trainement, deux ou quatre pâles orientales à commande classique du type rotor anti-couple des hélicoptères; cette disposition améliore les évolutions de l'appareil vers l'avant pour le vol, et vers l'arrière pour le freinage ou le recul de l'appa- reil, par inversions du pas des pâles. La roue tangeantielle arrière située dans le plan axial de la roue tangeantielle avant, assure le contrôle, évite le glissement et maintient par exemple le calage à 1800 des pâles des couronnes lorsque celles-ci comportent chacune deux pales. Un moteur fixé dans l'axe du bâti inférieur en prolongement du support de selle entraîne, par l'intermédiaire d'un arbre court et pignon, la couronne dentée solidaire de la roue tangean- tielle motrice avant. -4- La commande dynamique de la variation cyclique de pas des pâles portées par les couronnes, utilise un système de câbles coulissants à l'intérieur de gaines et reliés à chaque extrémité d'un balancier au pied de chaque pâle. Les pâles de chaque rotor sont fixées sur des moyeux à la périphérie de chaque couronne. Cette technique de fixation des pieds de pâles fait appel à une formule inédite qui apporte un "plus" considérable dans la simplicité du système à voilure tournante. De plus, le pied de pâles n'étant plus solidaire d'un axe ou tête mais d'un cercle, la pâle est porteuse sur toute sa surface et le flux balayé n'est pas pertubé par l'obstacle de la coque de l'appareil; il s'en suit un rendement susten- tateur amélioré pour une surface donnée. Un contre poids additif pouvant être variable, de centrage est monté de façon réglable sur la glissière du support de selle pour compenser le poids des pilotes légers dans le cas o ci ont un poids inférieur à 60 kg, par exemple. Deux plans verticaux orientables sont en outre prévus placés latéralement entre les deux couronnes destinés à faire pivoter l'appareil dans toutes les directions, soit en vol stationnaire, soit en vol normal sans trajectoire de virage du fait que ces plans sont disposés dans une zone de turbulence. Bien entendu les solutions techniques évoquées dans la présente invention, ne sont pas limitatives & un appareil mono place mais peuvent s'étendre à des appareils bi ou multi- place, par exemple à des appareils taxis à cinq places, ou multiplace pour le transport d'un nombre "n" de passagers. D'autres utilisations peuvent également être retenues. Dans la description détaillée ci-après on trouvera d'autres caractéristiques et avantages de l'appareil en réfé- rence aux dessins joints qui représentent: - 5 - FIGURE 1: Une perspective de l'appareil selon l'invention. FIGURE 2: Une coupe partielle selon A A de la Figure 1. FIGURE 3: Une vue de dessus de l'appareil dans sa variante simplifiée. Conçut autour d'une nacelle définissant l'assise de l'utili- sateur en partie médiane, le chassis comprend: - Un bâti (19) supportant une selle (1) à glissière en pro- longement du moteur (12), permet le déplacement longitudinal de la dite selle. Le bâti selle-moteur porte trois brides (2) de guidage de la couronne inférieure (61 un patin de repos au sol (20) et deux balancines d'atterrissage (4). Le bâti porte également en partie supérieure centrale, une pièce annulaire (3) à l'intérieur de laquelle se positionne l'utilisateur (qui est ainsi protégé) et dont le volume permet de constituer le réservoir d'essence. Sur cette ceinture réser- voir (3) sont fixées les trois brides (2) de guidage de la couronne supérieure (6). - Ces six brides de guidage (trois par couronne) sont placées à 1200. - Trois manchons supérieurs (16) fixés à la ceinture réser- voir (3) supportent les trois brides de guidage (2) de la couronne supérieure (6) les deux manchons (16) avant portent une poignée chacun (17) & (18), à gauche, une poignée articulée (18) commande par câble l'orientation du pas des pâles de la roue avant motrice (5) et permet les évolutions avant ou arrière. A droite, la poignée articulée (17.) commande par câble le régime moteur. Le manchon arrière n'a aucune fonction de pilotage et n'est pas prolongé d'une poignée. - Les roues tangeantielles (5) & (5') à bandes de roulement caoutchoutées crantées, engrènent en opposition supérieure - 6 - et inférieure sur les plans caoutchoutés et rainurés des deux couronnes (6) & (6') et assurent la rotation contrarotative des deux couronnes sans possibilité de glissement. - Les deux couronnes absolument identiques (6) & (6') portent les pâles (7) & (7') des rotors. - Les pâles des rotors au nombre de quatre dans le cas illustré (deux par rotor) sont fixées en position symétrique sur des moyeux (8) noyés à la périphérie des couronnes (6) & (6'). Chaque pâle (7) d'un rotor est solidaire en articulation de l'autre pâle (7') en opposition par un système de biilettes (10) opposées formant balancier, dont chaque extrémité est reliée par câbles (9) aux extrêmitées inverses du balancier de la pâle opposée. Les forces dynamiques qui agissent sur l'intrado et l'extrado des pâles, (dissemblables en translation) assurent l'articulation de compensation de la pâle opposée par l'inter- médiaire de câbles coulissants dans des gaines, assurant l'ef- fet amortisseur, et réalisent ainsi la variation cyclique du pas d e à l'avancement de l'appareil. Les cables (9) pénè- trent dans les gaines le long du flanc de chaque rotor par des ridoires (21) et relient les billettes d'articulation (10) fixées sur chaque pied de pâle (7) & (7'). - Le pas d'attaque des pâles du rotor est réglé au sol et reste fixe pendant toutes les phases du vol; seul le régime moteur assure le décollage, le vol et l'atterrissage. - La translation est assurée par la conjugaison dela varia- tion d'assiette de l'appareil dûe au changement de position du pilote sur sa selle coulissante, et la variation du pas des pâles (22) de la roue tangeantielle avant (5) entraînée par couronne dentée (15) sur laquelle engrène un pignon (14) relié à un arbre moteur (13). - 7 - - Le dispositif comporte également deux plans verticaux (11) orientables par palonniers non représentés à l'aide des pieds. A titre d'exemple, l'appareil pourra avoir les caractéristiques suivantes: ENCOMBREMENT: - Couronnes portes rotors: Diamètre intérieur............................. Diamètre extérieur............................ À Largeur chemin de roulement.................... Largeur de la bande caoutchouté rainurée...... - Ceinture réservoir: Diamètre....................................... À Largeur........................................ - Pâles: Longueur....................................... Largeur.......... ............................ 0,80 m 1,00 m 0,10 m 0,05 m 0,60-m 0,20 m 2,00 m 0,25 m..DTD: POIDS: - Moteur........................................... 18 - Couronnes porte rotors (X 2)..................... 8 - Bâti avec balancines et ceinture réservoir....... 23 - Roues tangeantielles avec transmission........... 8 - Pâles (5 X 4).................................... 20 - Carburant (environ).............................. 10 - Utilisateur (inférieur ou égal à)................ 90 - TOTAL MAXI EN ORDRE DE MARCHE....................157 kg kg kg kg kg kg kg kg. - Une poussée mini de 200 daN est donc nécessaire pour le décollage vertical de l'appareil, d'o le choix d'une puis- sance moteur d'environ 20 KW. La formule de la présente invention se prête à une utilisation sportive, à des missions d'observation militaire, de sur- veillances routières ou de forêts. Des développements de la formule en vue du transport sous élingue ou en conteneur sont prévisibles. - 8 - 2584044 REVENDICATIONS 1) Aéronef à ailes tournantes de structure légère et simpli- fiée caractérisé en ce qu'il est constitué d'une nacelle définissant l'assise de l'utilisateur en partie médiane. Cette assise étant assurée par une selle (1) montée coulis- sant dans le plan longitudinal. Autour de cette partie médiane le bâti (19) comporte deux couronnes (6) & (6') supportant chacune au moins deux pâles (7) & (7') avec un système de commande de variation du cyclique de pas (9), (10) & (21). Des moyens étant prévus pour assurer l'entraînement et maintenir le calage des pâles entre les deux rotors contra- rotatifs des couronnes. Ce bâti comporte en outre des moyens d'appui au sol. 2) Dispositif selon la revendication 1. Caractérisé en ce que les moyens d'entraînement des cou- ronnes contrarotatives sont constitués' de deux roues tangeantielles (5) & (5') placées de part et d'autre du pilote, en contact avec l'intrado de la couronne, supé- rieure et l'extrado de la couronne inférieure l'une d'elle étant reliée au moteur (12). 3) Dispositif selon revendications 1 et 2. Caractérisé par le fait que le moteur soit monté sur glis- sière en prolongement du support de selle et relié à la roue tangeantielle motrice (5) disposée latéralement (par exemple & gauche) par un arbre à cardans et fourreau coulissant (13), permettant de positionner le moteur (12) au sol en fonction du poids du pilote et de corriger ainsi le centrage de l'appareil. 4) Dispositif selon revendications 1 et 2. Caractérisé part le fait que les deux roues tangeantielles (5) & (5') soit placées devant et derrière' le pilote, l'entraînement de la roue avant (5) seule motrice est assurée par une couronne dentée (15) sur laquelle engrène un pignon (14) relié à un arbre (13) du moteur (12). _ 9 _2584044 ) Dispositif selon la revendication 4. Caractérisé par le fait que la roue tangeantielle avant motrice placée dans le plan de vol est pourvue de pâles a pas orientables (22) permettant la traction pour amé- liorer la translation du vol, et au freinage lors des évolutions. 6) Dispositif selon la revendication 1. Caractérisé par le fait que le dispositif de commande de la variation du cyclique de pas comporte deux câbles (9) raidis par ridoires (21) et gaines, rattachés à cha- que extrémité d'un balancier (10) de façon opposée au pied de chaque pâle permettant d'obtenir une conjonction dynamique des deux pâles en opposition. 7) Dispositif selon la revendication 1. Caractérisé par la présence d'un contre poids additif placé sur la glissière de la selle pour compenser le cen- trage de l'appareil pour toutes utilisations au dit appa- reil avec un pilote d'un poids inférieur par exemple à kg. 8) Dispositif selon la revendication 1. Caractérisé par le fait que deux plans verticaux orien- tales (11) commandés par palonnier à l'aide des pieds, sont disposés latéralement entre les couronnes et permet- tent un pilotage et des évolutions dans toutes les phases du vol. 9) Dispositif selon la revendication 1. Caractérisé par le guidage des deux couronnes à l'aide de trois brides à galets (2) placées à 120 par couronne. )Dispositif selon la revendication 1. Caractérisé en ce que les moyens d'appui au sol du bâti sont constitués d'un patin (20) et de deux balancines (4).