Brevet FR2623318A1 — publié le 19890519

MANEGE A EFFET ASCENSIONNEL EQUIPE D'UN AVION La présente invention concerne un manège à effet ascensionnel, et plus précisément un manège du type comprenant un avion destiné à l'entraînement et/ou à l'amusement d'un pilote. Un manège à effet ascensionnel destiné essentiellement à des activités récréatives ou sportives à déjà été proposé par le deman- deur dans la demande de brevet français antérieure n 87 10856. Ce manège comporte une perche mobile en rotation autour d'un axe verti- cal, à l'extrémité de laquelle est monté un équipage comprenant une voilure, par exemple une aile volante du genre aile delta, qui sou- tient un utilisateur; il est prévu à l'extrémité de la perche qui est opposée à l'équipage, de l'autre côté de l'axe vertical, un con- trepoids destiné à équilibrer sensiblement le poids de l'équipage et de l'utilisateur. L'équipage est en outre articulé autour d'un axe qui correspond sensiblement à l'axe longitudinal de la perche. Par sa propre force musculaire (en courant) l'utilisateur peut faire tourner le manège, puis en faisant varier l'angle d'incidence de l'aile, il peut s'élever avec celle-ci. Des dispositifs qui fonctionnent selon un principe similaire, destinés à l'essai d'un avion et/ou à l'entraînement d'un pilote, ont déjà été également proposés; dans ces dispositifs, c'est un avion motorisé (à hélice) qui est monté à l'extrémité d'un bras tournant et oscillant, équilibré par un contrepoids. Des dispositifs de ce genre sont décrits notamment dans les documents FR-A-747 424 et W0-87/00 141. Dans ces manèges connus, la liaison de l'avion avec le bras, qui est située sensiblement au centre de gravité de l'avion, est telle que l'avion puisse évoluer librement en toute direction, c'est-à-dire effectuer des mouvements de tangage, de roulis, et de lacet, ceci pour rapprocher le plus possible les conditions de l'exercice des conditions réelles de vol. Toutefois, la liaison limite forcément l'amplitude de la plupart des mouvements, et notam- ment celle des mouvements de tangage et de roulis, de sorte qu'il n'est manifestement pas possible au pilote d'effectuer des figures de voltige comme des tonneaux et des boucles (ou "loopings"). L'invention a pour objectif de combler cette lacune en propo- sant un manège du genre évoqué dont l'avion puisse réaliser des figures de voltiges, ce manège étant néanmoins simple, robuste, d'un fonctionnement sûr, et d'un prix de revient relativement faible. Ces différents résultats sont atteints selon l'invention grâce au fait que la fixation de l'avion à la perche est assurée au moyen d'une mâchoire qui est adaptée pour retenir une couronne circulaire solidaire de l'avion et entourant le fuselage, cette couronne étant contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'avion et centrée sur cet axe, la mâchoire supportant la couronne et l'avion à l'extrémité de la perche, tout en autorisant leur libre rotation autour dudit axe longitudinal. Dans la présente demande, on entendra par le terme "couronne", non seulement une couronne circulaire complète - autorisant des figures de tonneaux complètes - mais aussi une couronne incomplète (ou partielle), en forme d'arc de cercle - n'autorisant que des rotations d'amplitude limitée autour de l'axe de roulis. Le centre de gravité de l'ensemble constitué par l'avion et le pilote sera avantageusement situé sensiblement dans le plan qui con- tient la couronne. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avan- tageuses: - la couronne a une section en forme de "T" - le contact de la mâchoire avec la couronne se fait par l'in- termédiaire de galets de roulement; - il est prévu deux jeux de galets de roulement qui sont situés de chaque côté de la branche supérieure de la section en "T" de la couronne, le jeu situé au-dessous de ladite branche supérieu- re comprenant des galets disposés de part et d'autre de la branche verticale de cette section; - l'un des deux jeux de galets est porté par un étrier mobile sollicité par un système élastique qui applique ces galets élasti- quement contre la couronne. En outre, la mâchoire est de préférence articulée autour d'un axe qui correspond sensiblement à l'axe longitudinal de la perche, ou est voisin de celui-ci. Il est ainsi possible au pilote non seu- lement d'effectuer des tonneaux mais aussi d'effectuer des boucles, ainsi que, naturellement, des figures combinées associant tonneaux et boucles. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, l'avion est du type biplan, dont les deux plans sont situés de part et d'autre de l'axe longitudinal de la perche, l'un en avant et l'autre en arrière de cet axe, de telle manière qu'ils engendrent au cours du mouvement circulaire du manège deux moments de portance sensiblement égaux et opposés, ce qui permet d'éviter tout effet de tangage intempestif, et améliore la stabilité du vol. Dans ce cas, les deux plans (avant et arrière) sont de préfé- rence décalés en hauteur de façon à ce que l'écoulement de l'air sur le plan avant ne perturbe pas (ou pratiquement pas) l'écoule- ment de l'air sur le plan arrière. Il peut être prévu, à l'intérieur de l'avion, un contrepoids mobile qui peut être déplacé suivant la direction longitudinale de l'avion, dans un sens ou dans l'autre, de manière à permettre un équilibrage statique de ce dernier (en fonction du poids du pilote) par rapport à l'axe longitudinal de la perche. L'entraînement de l'avion peut se faire, comme dans les dispo- sitifs connus, par une hélice entraînée par un moteur, par exemple un moteur électrique logé dans l'avion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite en référence aux dessins annexés qui en présentent un mode de réalisa- tion préférentiel. Sur ces dessins: - la figure 1 représente en perspective l'ensemble du manège; - la figure 2 représente, en vue de face, l'avion fixé en bout de perche; - la figure 3 est une vue de côté en perspective de ce même avion; - la figure 4 est une vue en coupe transversale de l'avion qui représente schématiquement le mode de fixation de l'avion à l'extré- mité de la perche; - la figure 5 est un détail plus précis de la mâchoire de rete- nue et d'une partie de la couronne; - la figure 6 est une vue de côté coupée par le plan VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue schématique de côté de l'avion, des- tinée à montrer le système d'équilibrage statique de l'avion autour de l'axe de la perche. Le manège à effet ascensionnel représenté à la figure 1, est du même type général que celui décrit dans la demande de brevet pré- citée no 87 10856 et on considèrera que les enseignements de cette demande antérieure font partis de la présente description. Ce manège comprend un palier fixe 12, d'axe vertical (A1), dans lequel est articulée une chape 14. Cette dernière supporte un bras, ou perche 1, qui peut pivoter autour d'un axe horizontal (A2). A l'une de ses extrémités, la perche 1 supporte un avion 2, tel qu'un petit avion léger monoplace; de l'autre côté de l'axe (A1), la perche 1 se prolonge par une partie 10, plus courte, qui est équipée d'un contrepoids 11; ce dernier est avantageusement mobile le long de la partie 10, ce qui permet d'ajuster le moment qu'il exerce par rapport à l'axe (A2), afin de compenser le poids de l'avion 2 et de son pilote. Des haubans 13 sont prévus pour amé- liorer la résistance à la flexion de la perche. L'avion 2 est un avion du genre biplan; il est pourvu à sa partie avant d'une paire d'ailes 22 et à sa partie arrière d'une paire d'ailes 23; ces deux plans 22, 23 sont décalés en hauteur comme on le voit plus particulièrement à la figure 2, le plan avant étant situé à un niveau supérieur par rapport au plan arrière. L'avion 2 possède par ailleurs un fuselage désigné 20, une hé- lice 25 entraînée par un moteur approprié, par exemple un moteur électrique (non représenté) logé dans la partie avant du fuselage, un aileron arrière ou stabilo 24. L'axe longitudinal de l'avion est représenté par la référence (X-X'), cet axe correspondant à l'axe de roulis (double flèche R). L'axe de tangage (double flèche T) est référencé (A3). L'avion est par ailleurs équipé d'un train d'atterrissage 26, qui permet son roulage au sol avant l'envol et après atterrissage. Le cockpit recevant le pilote est situé par exemple à l'aplomb de la zone avant du plan arrière 23 (voir figures 3 et 7 notamment). A l'extrémité de la perche 1 est fixé un dispositif de retenue de l'avion 3 qui consiste en une mâchoire coopérant avec une couron- ne annulaire, c'est-à-dire un anneau 4, qui est centré sur l'axe (X-X'). Celui-ci est un profilé métallique, de section en forme de "T", qui entoure complètement le fuselage 20, légèrement en avant du cockpit 21. La position longitudinale de l'anneau 4 est détermi- née de telle manière que le centre de gravité de l'ensemble avion- pilote soit sensiblement situé dans le plan vertical de cet anneau. La couronne 4 est fixée solidement à la structure de l'avion, en l'occurrence au couple transversal 200 situé dans cette zone, la fixation étant faite par des moyens connus appropriés tels que des boulons 27. La mâchoire 3 est fixée en bout de perche 1 au moyen d'une fer- rure 5, supportant un palier 50 dont l'axe (A3) est parallèle à la direction longitudinale de la perche 1; le décalage entre l'axe (A3) et l'axe longitudinal de la perche est de quelques centimètres seulement ce qui est faible par rapport aux dimensions du manège; en fait, l'axe (A3) correspond donc sensiblement à l'axe longitudi- nal de la perche. La mâchoire 3 comprend un arbre 30 qui est guidé en rotation et immobilisé en translation dans le palier 50, si bien que l'ensemble de la mâchoire peut tourner autour de l'axe (A3). Cette mâchoire 3 comprend une armature métallique 31 qui a la forme générale d'une chape dont les joues viennent se placer de part et d'autre de la couronne 4; comme on le voit plus particuliè- rement à la figure 6. Chacune de ces joues est munie d'une paire de galets 35 dont les axes 350 sont guidés en rotation et immobilisés en translation dans l'armature 31. Il est donc prévu deux paires de galets 35, et chacune de ces paires est située de part et d'autre de la branche verticale 40 de la section en "T" de la couronne 4, l'ensemble de ces galets s'appliquant contre la face inférieure de la barre trans- versale supérieure 41 de ce "T". 2623 3 1 8 De l'autre côté de la branche 41, est disposée une paire de galets 34, supportés par des axes 340, et portés par un étrier mo- bile 33. Ce dernier est monté, par l'intermédiaire d'un axe d'arti- culation 321, à l'extrémité d'un levier 32, celui-ci étant lui-même articulé autour d'un axe 320 dans l'armature 31. Un système élastique 6 agit sur le levier 32, de manière à ap- pliquer fortement et élastiquement les deux galets 34 contre la sur- face externe de l'anneau 4. Le système élastique 6 comprend par exemple un jeu de ressorts 61 de type Belleville disposés dans un logement prévu à cet effet dans l'armature 31, et sollicitant un piston 60, celui-ci agissant lui-même sur le levier 32 par l'intermédiaire d'une bille 37 logée à l'extrémité d'une vis 36 portée par le levier 32. En vissant plus ou moins la vis 36 dans le levier 32, il est possible de régler la pression de contact des galets 34 contre la couronne 4, un écrou 38 évitant tout dévissage intempestif. On comprend donc que la mâchoire 3 assure la retenue de l'an- neau 4, et de l'ensemble de l'avion à l'extrémité de la perche 1, tout en autorisant les déplacements circonférentiels de la couronne entre les deux jeux de galets 34 et 35; naturellement la présence de ces galets est destinée à assurer un roulement de la couronne dans la mâchoire, ce qui réduit considérablement les frottements. La présence de galets 35 de part et d'autre de l'âme 40 empê- che l'échappement latéral de l'anneau. Il serait possible de pré- voir, en outre, des galets supplémentaires, disposés orthogonale- ment par rapport aux galets 34, 35, et adaptés pour enserrer l'âme en s'appliquant de chaque côté de celle-ci. Comme déjà dit plus haut, l'avion - et corrélativement l'ensem- ble du manège - est mû par une hélice 25 qui est entraînée par un moteur; celui-ci est avantageusement relié à un mécanisme d'ampli- fication ou de réduction de vitesse, et le pilote dispose d'un système de réglage de la vitesse de rotation de l'hélice. Si on a affaire à un moteur électrique, l'alimentation électri- que de ce moteur se fera à partir de l'extérieur au moyen de deux jeux de bagues tournantes et conductrices de courant coopérant avec des balais munis de charbons; l'un de ces jeux sera disposé au ni- veau de la chape 14 tournante d'axe horizontal, et l'autre au ni- veau de la couronne circulaire 4. Ces moyens de transmission de l'énergie électrique entre un élément fixe et une piècetournante sont bien connus et n'ont pas été représentés sur les figures pour ne pas les alourdir inutilement. Comme sur un avion traditionnel, le pilote a à sa disposition un dispositif de pilotage, du type "manche à balai", dont la ma- noeuvre lui permet d'agir, par l'intermédiaire d'une tringlerie ap- propriée, sur les différentes gouvernes prévues sur la voilure; il peut ainsi effectuer des mouvements de montée et de descente (par pivotement autour de l'axe A3) et des mouvements de roulis (par pi- votement autour de l'axe X-X'); par contre, il n'a pas été prévu sur ce manège une possibilité de mouvements en lacet. Comme on le voit à la figure 7, il est prévu à l'intérieur de l'avion un contrepoids 7 qui peut se déplacer en translation sui- vant l'axe longitudinal de l'avion; un dispositif de déplacement de ce contrepoids, par exemple motorisé, permet au pilote d'assurer l'équilibrage de l'ensemble avion-pilote autour de l'axe (A3). Si on suppose que l'avion seul est déjà statiquement équilibré par rap- port à cet axe, il suffira naturellement de déplacer la masse 7 pour que le moment de son poids (P2) soit égal et opposé au moment du poids (P1) du pilote par rapport à cet axe; de préférence, le pilote aura à portée de la main la commande du déplacement de ce contrepoids 7. On va maintenant décrire le mode d'utilisation de ce manège. Le contrepoids 7 ayant été positionné de façon à équilibrer statiquement l'avion autour de l'axe (A3) en tenant compte du poids du pilote, et le contrepoids 11 ayant été placé dans une position correcte, facilitant l'envol de la façon souhaitée, le pilote met en marche le moteur d'entraînement de l'hélice 25. L'avion commence par rouler sur le sol, suivant une trajectoire circulaire, la pro- pulsion se faisant par la rotation de l'hélice. Ensuite, le pilote 2623 3 18 agit sur le manche à balai pour actionner les gouvernes et provo- quer l'envol de l'avion; celui-ci s'élève, tandis que la perche 1 pivote autour de l'axe (A2), ce mouvement étant naturellement faci- lité par le contrepoids 11. Grâce à l'invention, le pilote peut ef- fectuer non seulement des mouvements de tangage et de roulis limi- tés autour des axes (X-X') et (A3) respectivement, mais peut égale- ment effectuer des figures de voltiges autour de ces axes. Ces figures sont rendues possibles en raison de la possibilité de déplacement de l'anneau 4 dans la mâchoire (double flèche h, figure 3), et de l'articulation de la mâchoire 3 dans le palier 50 (double flèche g). Il est évident que toute combinaison de ces deux rotations est possible et l'avion pourra par exemple effectuer un tonneau en mon- tée ou piqué, ou une boucle assortie de tonneaux, ou enfin voler sur la tranche, sur le dos ou dans toute autre position intermé- diaire. Une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que l'avion est pourvu de deux plans 22, 23 décalés par rap- port à l'axe (A3). L'intérêt de ces deux plans est qu'ils procu- rent, au cours du mouvement de rotation de la perche 1, deux forces de portance symétriques (F22) et (F23) par rapport à l'axe (A3), de sorte que l'on évite un effet de tangage intempestif; en effet, pour les vitesses relativement faibles auquelles le manège fonction- ne, le stabilo 24 situé au sommet de la dérive arrière engendre une force de portance (F24) nettement insuffisante pour assurer cette fonction stabilisatrice. Les deux plans 22 et 23 sont décalés de façon à ce que l'écou- lement de l'air sur le plan avant ne perturbe pas l'écoulement de l'air sur le plan arrière, et ce de façon à lui garder toute son ef- ficacité; ces deux plans ne sont pas forcément de mêmes dimen- sions, ni de même surface. Il ressort clairement des explications qui précèdent, que l'in- vention permet de multiplier considérablement les possibilité d'évo- lution de ce genre de manège, ce qui présente un grand intérêt, non seulement pour les activités de sport et de loisir, mais aussi pour 2623 3 18 l'entraînement des pilotes à la voltige, cet entraînement pouvant être réalisé en toute sécurité. Il peut être prévu de disposer sur la couronne 4 des butées permettant de limiter, si on le souhaite, l'amplitude du roulis; de telles butées sont représentées à la figure 4 avec la référence 400; elles sont fixées à la couronne, de préférence de manière amo- vible (par exemple à l'aide de vis), de sorte qu'en l'absence de butées, l'avion pourra effectuer des rotations complètes de 3600 pour effectuer des tonneaux; de manière similaire, des butées peu- vent être prévues pour limiter le mouvement de basculement de l'avion autour de l'axe (A3) (mouvement de tangage). Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au seul mode de réalisation qui vient d'être décrit à simple titre d'exemple; elle en englobe au contraire toutes les variantes. C'est ainsi, notamment, qu'on pourrait envisager, sans sortir du cadre de l'invention, de remplacer la couronne circulaire 4 par une portion de couronne incomplète, en arc-de-cercle (par exemple en demi-cercle) centrée sur l'axe X-X'. Une telle construction, qui n'autoriserait pas des figures de tonneaux complètes, mais seule- ment des mouvements de roulis d'amplitude limitée, s'adresserait par exemple à des pilotes débutants; dans ce cas, il serait natu- rellement nécessaire de prévoir, aux deux extrémités de la portion de couronne, des butées d'arrêt - de préférence amortisseuses - em- pêchant la désolidarisation en fin de course de la couronne d'avec la mâchoire. L'invention peut être naturellement appliquée à d'autres types d'avion que celui qui a été représenté, notamment à un avion à plusieurs places. REVENDICATIONS 1. Manège à effet ascensionnel, du type comprenant un avion destiné à l'entraînement et/ou à l'amusement d'un pilote, qui est monté à l'extrémité d'une perche mobile en rotation autour d'un axe vertical (A1) de manière à décrire un mouvement circulaire autour de cet axe, ladite perche étant également mobile autour d'un axe horizontal (A2) de manière à permettre une variation en altitude de l'avion au cours de son mouvement circulaire, et un contrepoids étant prévu à l'extrémité de la perche opposée à l'avion, de l'au- tre c8té de l'axe vertical (A1), ce contrepoids équilibrant sensi- blement le poids de l'avion et celui du pilote, caractérisé en ce que la fixation de l'avion (2) à la perche (1) est assurée au moyen d'une mâchoire (3) qui est adaptée pour retenir une couronne circu- laire (4) - complète ou partielle - solidaire de l'avion (2) et entourant le fuselage (20), cette couronne étant contenue dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal (X-X') de l'avion et cen- trée sur celui-ci, la mâchoire (3) supportant la couronne (4) et l'avion (2) à l'extrémité de la perche (1), tout en autorisant leur libre rotation autour dudit axe longitudinal (X-X'). 2. Manège selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre de gravité de l'ensemble constitué par l'avion (2) et le pilote est sensiblement situé dans le plan contenant la couronne (4). 3. Manège selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la couronne (4) a une section en "T". 4. Manège selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le contact de la mâchoire (3) avec la couronne (4) se fait par l'intermédiaire de galets de roulement (34, 35). 5. Manège selon l'une des revendications 3 et 4 prises en com- binaison, caractérisé en ce qu'il est prévu deux jeux de galets de roulement (34, 35) qui sont situés de chaque côté de la branche su- pêrieure (41) de la section en T de la couronne (4), le jeu (35) situé audessous de ladite branche supérieure comprenant des galets disposés de part et d'autre de la branche verticale (40) de cette section. 6. Manège selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'un (34) des deux jeux de galets (34, 35) est porté par un étrier mobi- le (33) sollicité par un système élastique (6) qui les applique élastiquement contre la couronne (4). 7. Manège selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la mâchoire (3) est articulée autour d'un axe (A3) qui cor- respond sensiblement à l'axe longitudinal de la perche (1). 8. Manège selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'avion (2) est un avion du type biplan, dont les deux plans (22, 23) sont situés de part et d'autre de l'axe longitudinal de la perche, l'un (22) en avant et l'autre (23) en arrière de ce der- nier, de telle manière qu'ils engendrent au cours du mouvement cir- culaire du manège deux moments de portance sensiblement égaux et opposés, ce qui permet d'éviter un effet de tangage intempestif. 9. Manège selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux plans (22, 23)-sont décalés en hauteur de façon à ce que l'é- coulement de l'air sur le plan avant (22) ne perturbe pas l'écoule- ment de l'air sur le plan arrière (23). 10. Manège selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu à l'intérieur de l'avion (2) un contrepoids mobile (7), qui peut être déplacé suivant la direction longitudina- le de l'avion de manière à permettre un équilibrage statique de ce dernier par rapport à l'axe longitudinal de la perche (1). 11. Manège selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'avion (2) est mû par une hélice (25) entraînée par un moteur, par exemple un moteur électrique logé dans l'avion. 12. Manège selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la couronne (4) est une couronne circulaire complète auto- risant la libre rotation de l'avion sur 360 autour de l'axe (X-X'), ce qui permet au pilote d'effectuer des tonneaux. 13. Manège selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la couronne (4) est une couronne incomplète en forme d'arc de cercle. 14. Manège selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la couronne (4) est pourvue de butées (400), de préféren- ce-amovibles, adaptées pour limiter l'amplitude de rotation de l'avion autour de l'axe (X-X').