Brevet FR2618690A1 — publié le 19890203

La présente invention concerne un manège à effet ascensionnel. Elle a pour objet un appareil destiné à des activités récréatives ou sportives, qui peut également trouver une application pour l'entraînement des personnes au vol libre sur aile delta ou "deltaplane", ou au vol sur appareils dits "ULM" (Ultra Légers Motorisés), ou encore sur appareils à voilure tournante. Comme dans tout manège, l'appareil comporte un équipage monté à l'extrémité d'une perche mobile en rotation autour d'un axe vertical de manière à décrire un mouvement circulaire autour de cet axe. Selon l'invention, pour permettre de réaliser l'effet ascensionnel: la perche est également mobile autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe vertical, de manière à permettre une variation d'altitude de l'équipage au cours de son mouvement circulaire; l'équipage comprend une voilure et des moyens support pour soutenir, sous cette voilure, un utilisateur; il est prévu à l'extrémité de la perche opposée à l'équipage, de l'autre côté de l'axe vertical, un contrepoids équilibrant sensiblement le poids de l'équipage et de l'utilisateur. Dans un premier mode de réalisation, la voilure est une voilure fixe portée par une structure pouvant osciller autour de l'axe de la perche, de manière à permettre la modification de l'angle d'incidence de cette voilure fixe, l'équipage comportant également des moyens pour faire varier l'incidence de l'aile sous le contrôle de l'utilisateur. Dans un second mode de réalisation, la voilure est une voilure tournante coopérant avec des commandes de pas et d'inclinaison de rotor, ainsi qu'avec une hélice anticouple. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses: les moyens support sont des moyens de suspension de l'utilisateur au niveau de son centre de gravité sensiblement à la verticale de l'articulation de l'équipage à la perche, l'équipage comportant également des moyens pour faire varier l'incidence de l'aile sous le contrôle de l'utilisateur; - la perche est liée en rotation à un volant d'inertie; il est prévu un frein comprenant des mâchoires agissant sur un élément solidaire en rotation de l'axe vertical du manège; - l'axe est entraîné en rotation par un moteur, ou par un ensemble pédalier-boite de vitesses actionné par un opérateur au sol installé à poste fixe; - l'équipage est pourvu d'une hélice d'entraînement actionnée par un moteur embarqué par l'équipage, ou par un pédalier lui-même entraîné par l'utilisateur; l'équipage peut également osciller autour d'un axe sensiblement horizontal et perpendiculaire à l'axe de la perche, de manière à permettre, outre la modification de l'angle d'incidence, la modification de l'angle d'inclinaison de l'aile par rapport à la perche; - la perche est montée à l'une de ses extrémités au sommet d'un pylone, l'équipage étant suspendu à l'autre extrémité de la perche; - il est prévu des moyens de butée à ressort pour limiter, avec effet d'amortissement et/ou de rebond, au moins dans le sens de la descente, l'amplitude de la variation d'altitude de l'équipage; - la distance séparant de l'axe le centre de gravité du contrepoids est variable et commandée à distance par l'utilisateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre, en perspective, l'appareil selon le premier mode de réalisation de la présente invention, - les figures 2 et 3 sont des vues, respectivement en élévation et en plan, de l'appareil de la figure 1, les figures 4 à 10 sont des vues partielles illustrant un certain nombre de variantes de réalisation de l'appareil de la présente invention, - la figure 11 est une vue en élévation montrant une variante particulière de réalisation du premier mode de réalisation de l'invention, avec équipage suspendu au bout de la perche, - les figures 12 et 13 montrent une autre exécution de cette variante, avec pluralité d'ensembles perche-équipage et entraînement de l'axe par pédalier, - la figure 14 montre une variante de réalisation du contrepoids, et - la figure 15 illustre le second mode de réalisation de l'invention, o la voilure fixe est remplacée par une voilure tournante. Sur les figures, les mêmes références numériques désignent des éléments identiques ou similaires. Les figures 1 à 3 sont des vues d'ensemble de l'appareil selon le premier mode de réalisation de la présente invention, qui comprend un socle lourd 10, par exemple un socle en béton armé, de préférence ancré dans le sol, qui comporte en partie supérieure un palier 11 permettant la rotation d'un élément 12 autour d'un axe vertical Ai. Sur l'axe 12 est monté une chape 20 qui supporte deux paliers 21 autorisant une rotation autour d'un axe horizontal A2 perpendiculaire à l'axe Ai et intersectant celui-ci. L'axe horizontal 21 supporte une perche 30, qui est donc mobile selon deux degrés de liberté en rotation, respectivement autour des axes A1 (mouvement circulaire du manège) et A2 (mouvement ascensionnel ou descendant de la perche). En variante, il est possible de prévoir, au lieu d'une seule perche, plusieurs perches supportées par le même axe 12. La perche 30 supporte à son extrémité la plus éloignée un équipage 40, tandis qu'il est prévu, à l'extrémité opposée et de l'autre côté de l'axe 21, un contrepoids 31 réglable compensant sensiblement le poids total de l'équipage 40 ajouté à celui de l'utilisateur 50. Le réglage du contrepoids 31 peut se faire soit par addition ou retrait d'éléments de lestage, soit par réglage de l'éloignement du contrepoids par rapport à l'axe 21. Le mouvement de montée et de descente de l'équipage par rotation autour de l'axe A2 est limité par deux butées 13 et 14, notamment la butée 14 pour éviter que l'équipage et l'utilisateur ne tombent à terre. Enfin, -un élément raidisseur 32 évite des flexions trop prononcées de la perche au voisinage de son articulation sur le socle 10. Dans ce premier mode de réalisation, l'équipage 40 est essentiellement constitué d'une voilure fixe (aile) formée d'un triangle ou quadrilatère 41, par exemple de toile fine ou tout autre matériau en feuille, maintenu et raidi par des armatures métalliques 42 (par exemple en profilé d'aluminium) elles-mêmes réunies à une armature principale 43. L'aile ainsi constituée est reliée à la perche 30 par l'intermédiaire d'une articulation 44 autorisant un pivotement autour de l'axe A3 de la perche. Cette disposition permet de procurer à l'équipage, outre les deux degrés de liberté en rotation correspondant aux axes Ai et A2, un degré supplémentaire de liberté en rotation permettant de faire varier l'incidence de l'aile pour en faire varier corrélativement les effets aérodynamiques; ces variations d'incidence peuvent éventuellement être limitées par des butées 45 montées sur l'armature principale 43. L'utilisateur 50 prend place sous l'aile en s'allongeant sur une sangle 46 soutenue par des anneaux 47 disposés à proximité de l'axe 44. En partie avant de l'armature principale 43 sont disposées des poignées 48 à portée des mains de l'utilisateur, et qui permettront à celui-ci de commander les variations d'incidence de l'aile, comme on l'expliquera par la suite. Enfin, il est prévu un repose-pieds 49 permettant à l'utilisateur de s'allonger de tout son long après la phase de décollage. On va maintenant décrire le mode d'utilisation de ce manège. L'utilisateur 50 s'installe à plat ventre sur la sangle 46, sensiblement au niveau de son centre de gravité, de façon à être bien supporté et en équilibre sur le ventre; de ses deux mains, il tient les poignées 49. En poussant sur ses jambes et en suivant les mouvements de la marche puis de la course, il entraîne en rotation autour de l'axe vertical A1 l'ensemble formé par la perche 30 et l'équipage mobile 40. Dès qu'il a atteint une certaine vitesse, il repousse les poignées vers l'avant, ce qui a pour effet de faire pivoter vers le haut l'avant de l'aile (pivotement autour de l'axe A3), accroissant ainsi l'angle d'incidence de celle-ci par rapport au plan de la trajectoire. En recherchant le bon angle d'incidence et la bonne vitesse, une force de portance, c'est-à-dire une force verticale dirigée vers le haut, s'exerce sur la surface inférieure de l'aile. Dés que cette portance devient supérieure au poids apparent (c'est-à-dire diminué de l'effet du contrepoids 31) de l'équipage 40 et de l'utilisateur 50, l'aile s'élève, ce qui correspond à la phase de décollage. L'utilisateur peut ainsi effectuer un vol, suspendu à l'aile. Il peut de plus faire varier son altitude er. repoussant ou, au contraire, en tirant vers lui les poignées, de manière à obtenir une modification de l'angle d'incidence de l'aile. - Du fait des frottements mécaniques de l'ensemble et de la résistance de l'air, la vitesse de rotation du manège va diminuer naturellement, de sorte qu'à partir d'une certaine vitesse minimale (vitesse de décrochage), l'aile va descendre et l'utilisateur revenir au sol, ce qui correspond à la phase d'atterrissage. Les figures 4 à 10 décrivent un certain nombre de variantes de réalisation. Sur la figure 4, on a désigné par la référence 60 un frein dont les mâchoires coopèrent avec un disque 22 solidaire de l'ensemble tournant autour de l'axe Ai, ce qui permet d'abréger à volonté le temps de vol. Si, au contraire, on souhaite accroître ce temps de vol, on peut prévoir, comme illustré figure 5, d'adjoindre un volant d'inertie 70 de masse relativement importante, entraîné par l'axe du manège par l'intermédiaire d'une courroie crantée 71. De la sorte, après le décollage, le volant entretiendra le mouvement circulaire du manège en restituant l'énergie cinétique accumulée pendant le temps de la course par l'effort de l'opérateur. On peut également prévoir (figure 6) d'entretenir ce mouvement circulaire au moyen d'un moteur 80 et d'une courroie crantée 81, ce qui permettra de prolonger le vol autant que désiré, et sans nécessiter d'effort supplémentaire de la part de l'utilisateur; en variante, le moteur 80 peut être remplacé par un pédalier (cette possibilité sera décrite plus bas en détail, en référence à la figure 12). Pour atteindre le même effet, au lieu d'entraîner l'axe central, on peut prévoir (figure 7) un moteur 90 entrainant une hélice 91, l'ensemble étant monté à l'avant de l'aile sur un prolongement de l'armature centrale 43. En variante (figure 8) l'hélice 91 peut être entraînée par un pédalier 92 actionné par l'utilisateur lui-même. Par ailleurs, à la place de l'axe 44 n'autorisant qu'un seul degré de liberté de l'équipage par rapport à la perche, on peut prévoir (figure 9) une rotule 33 à l'extrémité de la perche, permettant, outre la variation d'incidence, une variation d'inclinaison de l'aile par rapport au mât; une telle caractéristique permet en particulier de maintenir l'aile sensiblement horizontale indépendamment des variations d'altitude, alors que cela n'était pas le cas dans le mode de réalisation des figures 1 à 3. Sur la figures 10, on a prévu, en complément des butées 13 et 14 de limitation de course précitées, un ressort 15 interposé entre l'axe 11 et la butée 14, de manière à permettre, lors de la descente et de la venue en contact de la perche 30 avec cette butée, un effet d'amortissement, et éventuellement de rebond, évitant un choc brutal consécutif à une perte d'altitude rapide au moment o la vitesse de l'équipage tombe en dessous de la vitesse de décrochage. Enfin, sur la figure 11 on a illustré une variante de réalisation dans laquelle l'équipage 40 est suspendu à la perche 30 par l'intermédiaire d'une biellette 33 et d'une rotule 34 (autorisant trois degrés de liberté) , la perche étant elle-même montée au sommet d'un pylone 16 profondément ancré dans le sol, et l'articulation de la perche au pylone étant réalisée de la même manière que dans le mode de réalisation des figures 1 à 3. Cette disposition permet en particulier d'utiliser comme aile les structures dites "deltaplane" pratiquement sans modification, les poignées 48 de variation d'incidence étant ici remplacées par un trapèze de direction 100 relié à l'aile 41 par des haubans 101. Comme illustré sur les figures 12 et 13, on peut installer sur le même axe 11 deux ou trois perches 30. L'axe 11 peut, quant à lui, être animé en rotation par un sujet extérieur au manège actionnant un pédalier 110, lequel animera en rotation par l'intermédiaire d'une boîte de vitesses 111 un arbre horizontal 112 installé au ras du sol, ou même encastré dans le sol. Cet arbre horizontal, par l'intermédiaire d'un cardan 113, fait tourrner l'axe vertical 11 du manège. La boite de vitesses 111, en prise sur le premier rapport, permet de vaincre les forces d'inertie du manège sans demander un effort trop important au sujet extérieur. Au fur et à mesure que le manège prend de la vitesse, le sujet peut passer les rapports supérieurs à l'aide du levier de vitesses afin de donner au manège la vitesse de rotation désirée. Chaque perche est munie d'un contrepoids 120 qui y est relié par un câble 121 passant sur une poulie de renvoi 122, ce qui permet au contrepoids de coulisser verticalement et de diminuer ainsi son encombrement. Compte tenu de la vitesse de rotation importante imprimée au manège, il n'est pas nécessaire d'avoir un contrepoids très lourd, ce dernier pouvant même éventuellement être supprimé. Il peut également s'avérer nécessaire d'installer deux ou plusieurs sujets extérieurs, avec autant d'ensembles à pédalier d'entraînement 110, pour vaincre un effort d'inertie important du manège La figure 13 indique en vue de dessus la disposition à 120 des trois perches 30. Sur la figure 14, on a représenté une variante d'exécution du contrepoids: étant donné que le contrepoids 31 est destiné à équilibrer sensiblement la masse de l'équipage mobile plus la masse de l'utilisateur, on notera que, avant que l'utilisateur ne soit installé sous l'aile, le contrepoids se trouve en position basse, près du sol. Ainsi, pour abaisser l'aile, il devra tirer vers le bas l'extrémité de la perche avec une force importante équivalente au poids moyen des utilisateurs pour lesquels est prévu le manège (70 kg environ). Pour pallier cet inconvénient, on peut monter le contrepoids sur un rail 130 fixé sur la perche, le contrepoids 31 coulissant sur celui-ci au moyen de galets 131 montés sur roulements. Le contrepoids est mû en translation par un système vis 132-écrou 133 (l'écrou 133 étant solidaire du contrepoids) animé par une manivelle ou par un moto-réducteur électrique 134 de sorte que, lorsque le contrepoids est en position avant (près de l'axe 11) la force nécessaire pour abaisser l'aile est réduite d'autant. La commande du moto-réducteur se fera à l'aide de deux contacteurs situés l'un près de l'axe 11 pour la manoeuvre au sol, l'autre près de l'utilisateur. La translation du contrepoids répond en fait à trois fonctions: tout d'abord, avant l'installation de l'utilisateur, le contrepoids est placé en position avant pour permettre d'abaisser l'aile et d'installer l'utilisateur, comme indiqué ci-dessus; ensuite, une fois l'utilisateur installé, l'utilisateur fait reculer (à l'arrêt ou pendant la course de décollage) le contrepoids pour équilibrer son propre poids et faciliter le décollage; on remarquera qu'à chaque poids d'utilisateur correspondra une position arrière différente du contrepoids; enfin, pour redescendre, l'utilisateur commandera le retour vers l'avant du contrepoids. Le moteur du moto-réducteur pourra être un moteur à courant continu dont la source d'énergie sera constituée par une ou plusieurs batteries qui elles-mêmes, étant donné leur poids, participeront à l'effet de contrepoids. La figure 15 illustre le second mode de réalisation précité de l'invention, dans lequel on a remplacé l'aile (voilure fixe) par un système à voilure tournante 141 (rotor). Le rotor est animé en rotation par l'utilisateur au moyen d'un ensemble comprenant un pédalier 142, des pignons 143, des chaînes 144, un pignon 145 monté sur un arbre de renvoi 146, et un renvoi d'angle 147 pour l'entraînement de l'axe vertical du rotor. Le rotor aura toutes ou certaines des caractéristiques classiques des rotors d'hélicoptère, à savoir: commande de pas 150 pour permettre une variation de la portance de l'équipage; commande d'inclinaison du rotor 160 pour permettre à l'équipage d'avancer vers l'avant dans son vol circulaire; et rotor arrière 170 à pas variable pour contrebalancer le couple gyroscopique engendré par le rotor principal ("hélice anticouple"). Ces dispositifs, connus en eux-mêmes dans la technique des hélicoptères, ne seront pas décrits plus en détail. La commande d'inclinaison du rotor principal *se fait à l'aide d'un manche à balai 161 situé entre les jambes de l'utilisateur, la commande de variation de pas se faisant à l'aide d'un manche secondaire latéral 151. REVENDICATIONS 1. Un manège, comportant un équipage (40) monté à l'extrémité d'une perche (30) mobile en rotation autour d'un axe vertical (Ai) de manière à décrire un mouvement circulaire autour de cet axe, caractérisé en ce que: - la perche est également mobile autour d'un axe horizontal (A2) perpendiculaire à l'axe vertical, de manière à permettre une variation d'altitude de l'équipage au cours de son mouvement circulaire, l'équipage comprend une voilure (41;141) et des moyens support (46,47) pour soutenir, sous cette voilure, un utilisateur (50), - il est prévu à l'extrémité de la perche opposée à l'équipage, de l'autre côté de l'axe vertical, un contrepoids (31) équilibrant sensiblement le poids de l'équipage et de l'utilisateur. 2. Le manège de la revendication 1, dans lequel la voilure est une voilure fixe (41) portée par une structure (42, 43) pouvant osciller autour de l'axe (A3) de la perche, de manière à permettre la modification de l'angle d'incidence de cette voilure fixe, l'équipage comportant également des moyens (48,100) pour faire varier l'incidence de l'aile sous le contrôle de l'utilisateur. 3. Le manège de la revendication 1, dans lequel la voilure est une voilure tournante (141) coopérant avec des commandes de pas (150) et d'inclinaison (160) de rotor, ainsi qu'avec une hélice anticouple (170). 4. Le manège de la revendication 1, dans lequel les moyens support sont des moyens de suspension de l'utilisateur au niveau de son centre de gravité sensiblement à la verticale de l'articulation de l'équipage à la perche. 5. Le manège de la revendication 1, dans lequel la perche est liée en rotation à un volant d'inertie (70). 6. Le manège de la revendication 1, dans lequel il est prévu un frein (60) comprenant des mâchoires agissant sur un élément (22) solidaire en rotation de l'axe vertical du manège. 7. Le manège de la revendication 1, dans lequel l'axe est entraîné en rotation par un moteur (80). 8. Le manège de la revendication 1, dans lequel l'axe est entraîné en rotation par un ensemble pédalier (110) - boite de vitesses (111) actionné par un opérateur au sol installé à poste fixe. 9. Le manège de la revendication 2, dans lequel l'équipage est pourvu d'une hélice d'entraînement (91) actionnée par un moteur (90) embarqué par l'équipage. 10. Le manège de la revendication 2, dans lequel l'équipage est pourvu d'une hélice d'entraînement (91) actionnée par un pédalier (92) lui-même entraîné par l'utilisateur. 11. Le manège de la revendication 1, dans lequel l'équipage peut également osciller autour d'un axe sensiblement horizontal et perpendiculaire à l'axe de la perche, de manière à permettre, outre la modification de l'angle d'incidence, la modification de l'angle d'inclinaison de l'aile par rapport à la perche. 12. Le manège de la revendication 1, dans lequel la perche est montée à l'une de ses extrémités au sommet d'un pylone (16), l'équipage étant suspendu à l'autre extrémité de la perche. 13. Le manège de la revendication 1, dans lequel il est prévu des moyens de butée à ressort (15) pour limiter, avec effet d'amortissement et/ou de rebond, au moins dans le sens de la descente, l'amplitude de la variation d'altitude de l'équipage. 14. Le manège de la revendication 1, dans lequel la distance séparant de l'axe le centre de gravité du contrepoids est variable et commandée à distance par l'utilisateur.