Brevet FR2619354A1 — publié le 19890217

AERONEF A DECC)LLAGE ET A ATTERRISSAGE VERTICAL La présente invention a pour objet un aéronef. Dans le domaine de l'aéronautique, de très nombreux problèmes sont liés à la vitesse ; plus celle-ci décroit, plus il devient difficile de trouver de la "portance" et plus elle augmente, plus les problèmes de frottements et d'ondes de choc nécessitent une aérodynamique très étudiée. Pour cette raison, les aéronefs performants à haute vitesse ne le sont pas à basse vitesse et inversement. Les aéronefs traditionnels nécessitent des pistes de longueur importante pour le décollage et l'atterrissage, ne pouvant être installées dans le centre des villes, ce qui constitue un handicap pour le transport aérien sur de moyennes distances. Il existe les hélicoptères qui présentent l'avantage de pouvoir atterrir et décoller sur des aires de surface réduite. Cependant, il s'agit d'appareils à vitesse horizontale limitée, soumis à un effet gyroscopique et nécessitant une maintenance importante et coûteuse. Les avions à décollage et à atterrissage vertical, actuellement réservés à des applications militaires, possedent une stabilité médiocre en vol stationnaire, et présentent également l'inconvénient, qu'en position posée au sol, les moteurs se trouvent très près du sol et recyclent des poussières, ce qui nuit à leur bon fonctionnement. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un aéronef à décollage et à atterrissage vertical, de conception simple, et possèdant une bonne stabilité en vol stationnaire. A cet effet, L'aéronef qu'elle concerne comprend un module moteur, et un module porteur, dont les axes sont articulés l'un sur l'autre par un dispositif à cardan, de telle sorte que l'axe du module moteur puisse occuper, par rapport à l'axe du module porteur, un angle quelconque contenu dans un cône dont l'angle au sommet est d'environ 300, les deux modules étant conformés, de telle sorte que la portance du module moteur est inférieure à celle du module porteur, et la poussée du ou des moteurs étant supérieure à la valeur nécessaire pour équilibrer la masse de l'aéronef. Lorsque l'aéronef est au sol, les axes des modules moteur et porteur sont dans le prolongement l'un de l'autre. Le décollage s'effectue verticalement en augmentant progressivement la poussée du ou des moteurs, jusqu'à équilibrer la masse de l'appareil, puis en augmentant celle-ci pour que l'appareil quitte le sol. Lorsque la vitesse de décrochage est atteinte, il est possible de passer en vol horizontal après avoir incliné l'axe du module moteur par rapport à l'axe du module porteur. Compte tenu des portances respectives des modules moteur et porteur, L'aéronef se comporte comme un avion de type "canard", le décrochage vers l'avant permettant une mise en piqué qui entraîne une reprise de vitesse et la remise en portance de la voilure.Pour atterrir, il convient en tenant compte de la localisation de l'aire d'atterrissage et de la vitesse du vent, d'amener l'appareil en position verticale, par inclinaison des axes des modules moteur et porteur, de remettre les deux modules en alignement lorsque l'appareil est vertical, puis de réduire progressivement la puissance du ou des moteurs pour assurer la descente. Selon une première forme d'exécution, dans le cas de la réalisation d'un aéronef léger, le module moteur comprend un double rotor, animé par un moteur à pistons, avec rotation des deux parties en sens inverse l'une de l'autre, comportant un étage supérieur ou antérieur à pas fixe, et un étage inférieur ou postérieur à pas variable situé du côté du module porteur, ce rotor étant entouré d'une jupe circulaire et d'une voilure à quatre plans radiaux équipée d'au moins un trim d'équilibrage, le module porteur comportant une cellule monocoque de forme ovolde et une voilure en quatre plans radiaux à 900 les uns des autres. Avantageusement, dans le cas d'un aéronef destiné au transport de passagers, la cellule contenant l'habitacle, de forme générale sphérique, est montée pivotante par rapport au module porteur, et est équilibrée de façon à toujours conserver la même position par rapport à la verticale, quelle que soit la position des deux modules dans l'espace. Cette structure est intéressante car permettant au pilote et aux passagers de bénéficier d'une excellente visibilité, et de mieux subir les différences de pressions résultant des changements de direction par élimination des "g" négatifs et par positionnement des passagers pour encaisser le mieux possible les "g" positifs. Selon une autre forme d'exécution, dans le cas d'un aéronef destiné à de hautes vitesses, le module moteur comprend une partie centrale sur laquelle sont fixés quatre bras radiaux décalés de 900 les uns par rapport aux autres dont chacun porte, à son extrémité, un réacteur. En outre, le montage de la cellule habitable sur le module porteur est réalisé par l'intermédiaire de deux axes croisés à la façon d'un système à cardan, au-dessus de son centre de gravité. La partie centrale du module moteur sert à loger des réservoirs de carburant qui sont entourés d'un carénage aérodynamique. Il en résulte des possibilités de mise en virage de l'appareil sans inclinaison, de telle sorte que les trajectoires obtenues ont des rayons extrêmement courts, ce qui est particulièrement avantageux pour des avions de chasse. Dans tous les plans de virage, la portance de la voilure du module moteur est augmentée de la composante du système de propulsion qui reste variable sur toute la gam-ne de puissance utilisable. Dans le cas des avions de chasse, la cellule sphérique formant l'habitacle est éjectable, en cas de besoin, et équipée d'un parachute, ce qui permet une éjection quelle que soit la vitesse tout en assurant la protection du pilote. Selon une forme d'exécution destinée à la réalisation d'un aéronef pour le transport d'un nombre important de passagers, le module moteur comprend une partie centrale profilée contenant les réservoirs de carburant et, éventuellement, des organes de contrôle et de commande, équipée de quatre bras profilés radiaux à 90" les uns des autres et portant, à leurs extrémités, quatre turbo-réacteurs ou turbo-propulseurs, tandis que le module porteur comprend un corps en forme de demi-anneau, équipé de deux plans de dérive latéraux, sur lequel est articulée autour d'un axe situé au point d'équilibre de la voilure portante, la cellule formant habitacle qui est de forme générale sphérique. De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cet aéronef Figures 1 et 2 sont deux vues de principe de la structure générale de l'aéronef et des forces s exerçant sur lui en conditions de vol Figure 3 est une vue de côté d'un premier aéronef à déplacement léger Figure 4 est une vue d'un troisième aéronef plus spécialement destiné à une utilisation militaire Figure 5 est une vue d'un quatrième aéronef plus spécialement destiné au transport de passagers Figure 6 est une vue de côté d'un second aéronef plus spéciale ment destiné à une utilisation en dehors de l'atmosphère. L'aéronef selon l'invention est composé de deux ensembles distincts, à savoir un module porteur 2 centré sur un axe X et un module moteur 3 disposé en avant du module porteur et centré sur un axe Y. Les modules 2 et 3 sont articulés l'un sur l'autre au niveau de leurs axes respectifs par une articulation A à cardans permettant l'inclinaison de l'axe Y par rapport à l'axe X, dans toutes les orientations à l'intérieur d'une enveloppe conique 4 d'angle au sommet de l'ordre de 30 . La figure 2 représente très schématiquement la structure générale de l'aéronef et des forces s'exerçant sur celui-ci en période de vol sensiblement à l'horizontal. Si G est la masse du module porteur, g la masse du module moteur, P la portance du module porteur, p la portance du module moteur et M la composante portante du moteur, il est possible d'écrire l'équation G + g = P + p + M. En vol plané horizontal, G + g = P + p. En vol vertical, si P + p = O, il faut que M = G + g. La poussée moteur doit donc être suffisante pour équilibrer la masse de l'aéronef et comporter, en outre, une marge de sécurité pour les manoeuvres. Si p + M est inférieur à P, L'appareil vole à basse vitesse et à puissance réduite en configuration de vol "canard". Si p + M est supérieur à P, L'appareil passe en configuration classique, le module moteur devient comparable à une aile classique et le module porteur joue le rôle de profondeur et de dérive classiques. C'est le domaine des hautes vitesses à forte puissance. La figure 3 représente un premier type d'aéronef qui est un aéronef léger et lent. Le module moteur comprend un double rotor dont une partie, située en avant, est constituée par une hélice à pas fixe 5 et dont la deuxième partie est constituée par une hélice 6 à pas variable, mais non cyclique. Ce module moteur comprend une partie circulaire 7 entourant les hélices, se prolongeant vers l'arrière par quatre plans de voilure 8 formant un angle de 90 les uns avec les autres. Il est possible d'équiper la voilure de trims d'équilibrage 9 pour contrer le couple moteur et annuler tous les couples, si le pas variable de l'étage inférieur 6 du rotor manque de précisions. Ce module moteur est relié au module porteur par l'intermédiaire d'une articulation à cardans montée à l'intérieur d'un soufflet 10, des vérins hydrauliques 12 étant prévus pour permettre une angulation des axes X et Y. Le module porteur peut se présenter sous diverses formes selon les applications envisagées et le volume disponible. Dans tous les cas, le module porteur présente une voilure en quatre plans 13 à profil symétrique décalés angulairement de 90" les uns par rapport aux autres. Ces plans sont équipés de roues 14 formant train d'atterrissage, de volets 15 facilitant les manoeuvres de l'appareil et, éventuellement, d'échelons rétractables 16 facilitant l'accès du pilote et des passagers éventuels à la cabine 17. Dans le cas d'un petit appareil, la cabine est montée de façon fixe, et la position du pilote varie par rapport à la verticale en fonction de la position de l'avion. Une structure d'appareil destiné à transporter des passagers est décrite plus loin. La figure 4 représente un appareil constitué par un aéronef rapide destiné plus spécialement à des applications militaires. Cet appareil comprend, au niveau du module moteur, un corps central 18 en forme de bouclier profilé, à partir duquel s'étendent quatre plans radiaux 19 décalés de 90" les uns par rapport aux autres aux extrémités desquels sont montés quatre moteurs à réaction 20. Sous le bouclier 18 sont logés des réservoirs de carburant, du matériel d'armement, un radar, ainsi que d'autres accessoires éventuels tels qu'un parachute permettant de limiter la vitesse de descente si besoin est. Le module porteur comprend quatre plans de voilure 22 décalés de 90" les uns par rapport aux autres, ce fuselage pouvant être équipé d'un radar de queue, ou de système d'armement pointé vers l'arrière. Dans le cas présent, la cabine 23 est de forme générale sphérique et montée articulée autour de deux axes croisés 24, 25, de telle sorte que son centre de gravité soit toujours situé en-dessous du pilote, quelle que soit la position de l'appareil dans l'espace. Il en résulte que les "g" négatifs sont supprimés et que le pilote se trouve toujours dans la meilleure position pour résister aux "g" positifs. De par sa symétrie, L'appareil peut effectuer instantanément n'importe quel virage de rayon très court, au cours duquel le pilote occupera la position optimale pour encaisser au mieux les accélérations. Cette possibilité d'effectuer des virages de courts rayons est particulièrement ihtéressante lorsqu'un appareil est poursuivi, et doit échapper à ses poursuivants ou au tir de ceux-ci. Enfin, la cabine 23 est elle-même montée de façon éjectable sur l'appareil, ce qui permet, en cas de nécessité, une éjection à n im- porte quelle vitesse sans que le pilote ait à en subir les inconvénients. Un parachute barométrique ou manuel permet une descente normale dès que la vitesse de la cabine a suffisamment baissé pour permettre son ouverture. La figure 5 représente un appareil à déplacement lourd pour le transport de passagers, évoluant dans un domaine de vitesse comparable à celui des avions de lignes et permettant, en outre, le transport de centre ville à centre ville, comme peuvent le faire, à des vitesses bien inférieures, les gros hélicoptères. Cet appareil comprend un module moteur dont la partie centrale, revêtue d'un carénage 26, contient les réservoirs, radars et autres systèmes de contrôle de l'appareil. A partir de cette partie centrale, s'étendent quatre plans de voilure radiaux 27 décalés de 90" les uns par rapport aux autres et dont les extrémités portent quatre moteurs 28 qui peuvent être soit des turboréacteurs, soit des moteurs à double rotor, à turbines, d'exploitation économique en carburant. Le module porteur est constitué par une aile 29 en forme de demi-anneau dont les extrémités 30 supportent des plans de dérive latéraux. A l'extrémité ouverte de ce demi-anneau sont montés articulés plusieurs bras 32, pivotant entre une position écartée -dans laquelle ils forment le train d'atterrissage de l'appareil et une position resserrée dans laquelle ils forment le fuselage de l'appareil. L'habitacle 33 possède une forme générale sphérique et est monté pivotant sur la voilure 29 autour d'un axe 34, I'habitacle étant monté librement pivotant avec possibilité de réglage de son centre de gravité en fonction de la charge et de la répartition de celle-ci. Cet appareil peut enfin être équipé d'un parachute non représenté au dessin logé dans la partie centrale 26 du module moteur. La figure 6 représente une variante de cet appareil dans le cas où il est destiné à un usage spatial par exemple dans le cas où il s'agit d'un véhicule destiné à se poser sur des astres. Dans une utilisation sans atmosphère, la voilure devient inutile et elle est remplacée par des tubes 35, et les moteurs à réaction par des moteurs fusées 36. En ce qui concerne le module porteur, compte tenu de l'utilisation en l'absence d'atmosphère, il ne comporte pas de voilure et se limite à une cabine 37 de forme générale sphérique montée sur un arceau porteur 38, également équipé d'un système amortisseur d'atterrissage désigné par la référence 39. Cet appareil peut être équipé de capteurs solaires 40 et de déflecteurs orientables et rétractables 42, les réservoirs 43 de carburant et de comburant étant logés comme précédemment dans le module moteur. Le positionnement des déflecteurs latéraux 42 dans le jet de propulsion des moteurs 36 permet de diriger parfaitement l'appareil malgré le nombre réduit de moteurs. Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un aéronef qui, à partir d'une même structure de base, peut être adapté pour remplir de très nombreuses fonctions, cet aéronef étant particulièrement intéressant du fait qu'il peut décoller et atterrir sans nécessiter de piste d'atterrissage longue, comme tel est le cas pour les avions traditionnels. En outre, le fait que, lorsque l'appareil est au sol, les moteurs se trouvent en position haute est un facteur intéressant puisqu'évitant la reprise par ceux-ci des poussières se trouvant au sol. REVENDICATIONS 1. - Aéronef à décollage et à atterrissage vertical, caractérisé en ce qu'il comprend un module moteur (3) et un module porteur (2), dont les axes (Y, X) sont articulés l'un sur l'autre par un dispositif à cardan (A), de telle sorte que l'axe (Y) du module moteur (3) puisse occuper, par rapport à l'axe (X) du module porteur (2), un angle quelconque contenu dans un cône (4) dont l'angle au sommet est d'environ 300, les deux modules (2, 3) étant conformés, de telle sorte que la portance du module moteur est inférieure à celle du module porteur, et la poussée du ou des moteurs étant supérieure à la valeur nécessaire pour équilibrer la masse de l'aéronef. 2. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de la réalisation d'un appareil léger, le module moteur comprend un double rotor animé par un moteur à pistons avec rotation des deux parties en sens inverse l'une de l'autre, comportant un premier étage (5) à pas fixe, et un second étage (6) à pas variable situé du côté du module porteur, ce rotor étant entouré d'une jupe circulaire (7) et d'une voilure à quatre plans radiaux (8) équipée d'au moins un trim d'équilibrage (9), le module porteur comportant une cellule monocoque (17) de forme ovoïde et une voilure en quatre plans radiaux à 900 les uns des autres. 3. - Aéronef selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cellule (17) contenant l'habitacle, de forme générale sphérique, est montée pivotante par rapport au module porteur, et est équilibrée de façon à toujours conserver la même position par rapport à la verticale, quelle que soit la position des deux modules dans l'espace, en vol symé- trique. 4. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de la réalisation d'un appareil destiné à de hautes vitesses, le module moteur comprend une partie centrale (18) sur laquelle sont fixés quatre bras radiaux (19) décalés de 90" les uns par rapport aux autres dont chacun porte, à son extrémité, un réacteur (20). 5. - Aéronef selon la revendication 4, caractérisé en ce que le montage de la cellule habitable (23) sur le module porteur est réalisé par l'intermédiaire de deux axes croisés (24, 25) à la façon d'un système à cardan, au-dessus de son centre de gravité. 6. - Aéronef selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la cellule sphérique (23) formant l'habitacle est éjectable, en cas de besoin, et équipée d'un parachute. 7. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de la réalisation d'un appareil destiné au transport de passagers, le module moteur comprend une partie centrale (26) profilée contenant les réservoirs de carburant et, éventuellement, des organes de contrôle et de commande, équipée de quatre bras (27) profilés radiaux à 90C les uns des autres et portant, à leurs extrémités, quatre turboréacteurs ou turbo-propulseurs (28), tandis que le module porteur comprend un corps (29) en forme de demi-anneau, équipé de deux plans de dérive latéraux (30), sur lequel est articulée autour d'un axe (34) situé au point d'équilibre de la voilure portante, la cellule (33) formant habitacle qui est de forme générale sphérique. 8. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas de la réalisation d'un véhicule spatial, le module moteur comprend une ossature tubulaire (35) portant quatre moteurs fusées (36), tandis que le module porteur comprend une sphère (37) formant cabine, équipée de déflecteurs (42) rétractables et orientables, sucez tibles d'être disposés dans le jet de propulsion des moteurs (36).