Brevet FR2628061A1 — publié le 19890908

(i) RÉPUBLIQUE FRAN AISE N de publication: 2 628 06 1 (à n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE L N0 d'enregistrement national 88 02682 PARIS ( Int Cl4: B 64 B 1/02. DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 ( Date de dépôt 3 mars 1988. (ô Demandeur(s): Société dite: AERAZUR, Société ano- nyme, - FR. () Priorité: ( Inverteur(s): Guy Perié. 4 Date de la. mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets" n 36 du 8 septembre 1989. (i Références à d'autres documents nationaux appa- rentés: (r) Titulaire(s): Mandataire(s): Robert Hud, Cabinet Collignon. Dispositif perfectionné de suspension de la nacelle pour ballon dirigeable souple. ( La nacelle 2 est suspendue, par l'intermédiaire de câbles verticaux 3, à des ralingues à ponts longitudinales 5 solidaires de la face interne de la partie supérieure de l'enveloppe gonflable 1, à la partie centrale de celle-ci. La nacelle 2 est aussi suspendue par des cables 12, à des ralingues à ponts transversales 10 solidaires de la face intérieure de l'enveloppe 1 et orientées dans un plan vertical ou incliné normal au plan ' vertical de symétrie de l'enveloppe 1. Dans les conditions de \ vol horizontal les ralingues à ponts longitudinales 5 prennent lI'essentiel des efforts exercés, alors que les ralingues transver- sales 10 prennent en charge les contraintes additionnelles I s'exerçant lors de conditions extrêmes de vol. L'invention s'applique à la suspension de nacelles à des IV aéronefs du type des ballons dirigeables. O _. 1i 2628061 L'invention concerne la réalisation de ballons dirigeables souples et, plus particulièrement, la suspension de la nacelle à l'enveloppe gonflable qui forme la carène du ballon dirigeable. En général les nacelles des ballons dirigeables souples sont, en position, accolées au-desssous de l'enveloppe gonflable du ballon et suspendues à la partie supérieure de cette enveloppe par l'intermédiaire d'un système de câbles formant l'essentiel de la suspension intérieure. En effet la poussée d'Archimède du gaz porteur contenu dans l'enveloppe s'exerce essentiellement sur le dessus du ballon et la nacelle est ainsi portée comme par un parachute. Des traversées de câble étanches permettent aux câbles de suspension de traverser l'enveloppe au-dessus du toit de la nacelle pour entrer à l'intérieur du ballon. La carène qui forme l'enceinte de gaz porteur a, pour des raisons aérodynamiques liées à la vitesse de translation, une forme allongée. Elle se comporte comme une poutre sollicitée en flexion sous l'effet des efforts vers le haut des parties porteuses en porte à faux de part et d'autre de la nacelle tandis que celle-ci, au centre, exerce des efforts vers le bas liés à la pesanteur et aux inerties. La poutre que forme donc la carène n'a de rigidité que dans la mesure o elle est pressurisée. Pour minimiser au mieux la pression nécessaire à la tenue des moments fléchissants, il est intéressant d'épanouir la suspension le plus loin possible vers l'avant et vers l'arrière pour reprendre le plus directement possible les,efforts de portance exercés dans les parties les plus éloignées de la nacelle. Dans les réalisations connues, la suspension généralement adoptée est formée de deux nappes de câbles partant chacune d'un bord latéral de la nacelle et s'épanouissant vers le haut, en éventail de l'avant vers l'arrière du ballon. Chaque nappe de câbles aboutit, avant d'arriver à la face intérieure du dessus de la 2 2628061 carène, à un élément appelé "ralingue à ponts" qui est implanté le long d'une génératrice longitudinale de l'enveloppe. La "ralingue à ponts" a pour fonction de répartir la charge de chaque câble de suspension de façon uniforme le long du méridien de carène sur lequel elle est implantée, et elle est constituée par un voile textile dont la coupe est définie en haut par la forme de la carène et, en bas, par des arches formant des ponts entre les points d'accrochage des câbles consécutifs d'une même nappe. Un câble ou une sangle arme le bord inférieur de la ralingue en reliant les points d'accrochage, pour former des ponts répartiteurs des efforts de la suspension. Aux extrémités de chaque ralingue, le câble ou la sangle de la dernière demi-arche arrive tangent à l'enveloppe dans une direction longitudinale. Ce câble ou sangle est tendu jusqu'au bout, ce qui est une condition nécessaire pour qu'il puisse transmettre les efforts de la ralingue jusqu'à ses extrémités. Il est alors nécessaire de disposer une patte d'extrémité dans le prolongement des ralingues, à l'avant et à l'arrière, pour répartir cette tension longitudinale sur un arc de parallèle de la surface d'enveloppe. Pour une charge de nacelle et une géométrie de ralingue à ponts données, on sait calculer l'effort longitudinal s'exerçant en extrémité de ralingue et l'on doit vérifier que l'arc transversal sur lequel est réparti cet effort a une longueur suffisante pour que la tension répartie correspondante reste inférieure à la otensioh longitudinale de l'enveloppe qui, dans l'aire concernée, résulte de la pression de gonflement modifiée par les contraintes de flexion liées aux résultantes de charge et de portance. Il arrive toutefois que, pour la pression de gonflement prévue, la longueur d'arc de parallèle nécessaire dépasse les possibilités offertes par la géométrie du ballon; dans ce cas il faut augmenter la pression intérieure pour éviter que la tension en extrémité de ralingue à ponts excède la tension longitudinale du tissu d'enveloppe ce qui 3 2628061 signifierait que l'enveloppe n'est plus tendue entre les extrémités de la ralingue et donc que le ballon plie sous l'effet des moments fléchissants; mais cette augmentation de la pression intérieure a l'inconvénient de pouvoir conduire à la nécessité d'alourdir le tissu d'enveloppe qui doit alors être plus résistant. En outre, l'épanouissement vers l'avant et vers l'arrière de la suspension permet d'absorber une part de la composante de poids parallèle à l'axe, quand le ballon s'incline pour monter ou pour descendre, soulageant ainsi la charge alors appliquée au tissu d'enveloppe par la solidarisation de la nacelle au dessous de carène. Toutefois, plus la suspension est épanouie vers l'avant et vers l'arrière (c'est-à-dire plus les câbles s'éloignent de la direction perpendiculaire à l'axe), plus est important l'effort longitudinal en extrémité de ralingue (pour une tension donnée de câble) ce qui, comme on l'a vu, présente l'inconvénient de réduire la tension longitudinale du tissu d'enveloppe dans la partie supérieure, et de réduire par conséquence la rigidité du ballon. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients présentés par les dispositifs connus de suspension intérieure par ralingues à ponts et, en particulier, de résoudre le problème de tension longitudinale qui se pose aux extrémités des ralingues à ponts conventionnelles quand la suspension est largement épanouie vers l'avant et vers l'arrière d'une carène, ce qui est d'autant plus nécessaire que l'allongement de la carène est important. On remarquera d'ailleurs que ce problème est essentiellement critique dans des conditions extrêmes momentanées de vol: perturbations atmosphériques, vols avec forte assiette en montée ou en descente, ressource. L'invention propose à cet effet de libérer la suspension conventionnelle (à ralingues à ponts longitudinales) des contraintes additionnelles correspondant aux conditions extrêmes de vol, en prenant en charge cellesci au moyen d'une ou plusieurs 4 2628061 suspensions complémentaires qui sont peu ou pas du tout sollicitées dans les conditions normales de vol horizontal. Selon l'invention la partie conventionnelle de la suspension comprend des nappes de câbles verticaux auxquels est suspendue la nacelle et qui sont légèrement moins divergeants vers l'avant et l'arrière que ce que la géométrie de l'enveloppe permettrait d'envisager à première vue, et des ralingues à ponts longitudinales, auxquelles sont attachés les câbles de suspension, dont la longueur peut -être moindre que dans les réalisations conventionnelles. Les moyens de suspension complémentaires sont constitués par des ralingues transversales inclinées, disposées au-delà des extrémités des ralingues longitudinales et auxquelles sont attachés des câbles de suspension reliés à la nacelle. Les ralingues transversales et les suspensions correspondantes sont déterminées chacune dans un plan incliné normal au plan vertical de symétrie de la carène, passant par les points d'accrochage de la nacelle, et l'intersection de ce plan avec la carène a une forme approximative d'ellipse le long de laquelle, à sa partie supérieure, est implantée la ralingue à ponts transversale. Les ralingues à ponts transversales ne jouant un rôle effectif que pour prendre les efforts supplémentaires lors de conditions particulières de vols, les ralingues longitudinales sont alors définies comme si elles étaient seules, et les tensions de leurs câbles sont réglées conformément aux calculs, ballon immobile, axe horizontal. Les longueurs des câbles des suspensions complémentaires transversales avant et arrière sont réglées en position carène horizontale pour une tension très faible: juste le nécessaire pour que les câbles n'aient qu'une flèche négligeable. En variante, on peut envisager de faire participer aussi les ralingues transversales à la charge de la nacelle dans la configuration horizontale. Si les ralingues à ponts longitudinales ont été définies comme 2628061 si elles étaient seules, le moment des tensions de leurs câbles par rapport au centre de gravité de la nacelle est nul, et les tensions des câbles de l'ensemble des ralingues transversales complémentaires doivent aussi avoir un moment résultant nul par rapport au même centre de gravité. Toutefois il peut être envisagé aussi de définir les ralingues à ponts longitudinales en fonction d'une part d'effort prise par les ralingues transversales: dans ce cas, le moment de l'ensemble des tensions de tous les câbles de suspension devant toujours être nul, les ralingues à ponts longitudinales peuvent être définies avec un moment résultant propre non nul, les ralingues à ponts transversales devant être alors soumises à des tensions générant le moment égal et opposé au précédent, dans la configuration horizontale. A la limite on peut supprimer les ralingues longitudinales et n'avoir que des ralingues transversales. On notera cependant qu'on ne peut aller très loin pour faire participer les ralingues transversales à la charge de la nacelle en configuration horizontale, car les ralingues creusent un sillon dans la carène d'autant plus marqué qu'elles sont plus chargées. Cela n'est pas gênant aérodynamiquement pour les ralingues longitudinales, leurs sillons étant parallèles au vent du déplacement: il n'en est pas de même pour les ralingues transversales dont le sillon en travers de la direction du vent est nuisible au point de vue des performances aérodynamiques: c'est pourquoi elles ne sont de préférence que très peu chargées en configuration normale. L'inconvénient du sillon transversal n'est par contre plus très gênant dans les configurations à forte incidence o les ralingues transversales se trouvent le plus chargées, car en montée la vitesse est réduite et en descente il n'est pas mauvais d'avoir un aérofrein. Pour bien faire comprendre l'invention on en décrira ci-après, à simple titre d'exemple sans caractère limitatif, une forme d'exécution préférée en 6 2628061 référence au dessin schématique annexé dans lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'-un ballon dirigeable souple équipé d'un dispositif de suspension de la nacelle conforme à l'invention; la figure 2 est, à plus grande échelle, une vue en plan d'une ralingue à ponts longitudinale utilisée dans le dispositif de suspension de la figure 1 et la figure 3 est une vue en plan d'une ralingue à ponts transversale constituant la partie innovante du dispositif de suspension de la figure 1. En référence à la figure 1 on a représenté en 1 l'enveloppe, réalisée en un tissu polyester enduit et gonflée au moyen d'un gaz porteur, qui forme la carène. Cette carène a, pour des raisons aérodynamiques liées à la vitesse de translation, une forme allongée. On a désigné en 2 la nacelle qui est accolée et fixée au dessous de l'enveloppe 1, et -qui est suspendue à la partie supérieure de cette enveloppe par l'intermédiaire de câbles dont l'ensemble forme l'essentiel de la suspension intérieure. La suspension intérieure est formée de façon conventionnelle de deux nappes de câbles 3 qui partent chacune d'un bord latéral de la nacelle, traversent l'enveloppe 1 par des traversées étanches 4 et, vers le haut, s'épanouissent légèrement vers l'avant et vers l'arrière du ballon. Chaque nappe de câbles 3 aboutit, avant d'arriver à la face intérieure du dessus de la carène 1, à une ralingue à ponts longitudinale 5 implantée le long d'une génératrice longitudinale de l'enveloppe 1. Cette ralingue à p6nts longitudinale 5, représentée plus en détail à la figure 2, est constituée par un voile textile 6 dont la partie supérieure présente une forme s'adaptant à celle de la carène 1 et dont la partie inférieure comporte des arches formant des ponts entre les points d'accrochage 7 des câbles consécutifs 3 d'une même nappe. Un câble 8 arme le bord inférieur de la ralingue 5 en reliant les points d'accrochage 7, pour former des ponts répartiteurs des efforts de la suspension. Aux extrémités de chaque ralingue longitudinale 5, dans le prolongement de celle-ci, sont disposées sur la carène des pattes d'extrémités 9 qui ont pour rôle de répartir l'effort longitudinal présent en extrémité de ralingue. Au-delà des extrémités des ralingues longitudinales 5, vers l'avant et vers l'arrière, sont disposées des ralingues transversales inclinées 10, dont l'une a été représentée plus en détail à la figure 3. Les ralingues transversales 10 et les suspensions correspondantes 12 sont déterminées chacune dans un plan incliné, normal au plan vertical de symétrie de la carène 1, passant par les points d'accrochage 13 de la nacelle 2. L'intersection de ce plan avec la carène 1 a une forme approximative d'ellipse le long de laquelle, à sa partie supérieure, est implantée la ralingue transversale. Chaque ralingue transversale 10 forme, comme les ralingues longitudinales 5, des arches à sa partie inférieure avec des câbles de bord 11 pour répartir les efforts de câbles 12 venant des points d'accrochage de la nacelle 2. Les demi-arches extrêmes arrivent tangentes à la courbe d'intersection de la carène 1 avec le plan de la ralingue transversale 10, et les efforts des câbles d'extrémités 11 sont repris par des pattes 14 similaires aux pattes 9 associées aux ralingues longitudinales 5. On voit de ce qui précède que, dans les conditions normales de vol du ballon dirigeable, les ralingues à pont longitudinales sont pratiquement seules à agir pour prendre les efforts de suspension de la nacelle. Les ralingues transversales n'agissent pour l'essentiel que pour prendre les efforts supplémentaires intervenant lors de configurations particulières de vols (assiette de vol importante, poussées aérodynamiques tendant à incurver la carène), en répartissant ces efforts sur un arc de la carène le plus long possible. 8 2628061 On comprendra que la description ci-dessus n'a été donnée qu'à titre d'exemple, sans caractère limitatif, et que des adjonctions ou des modifications constructives pourraient y être apportées sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications annexées. On comprendra en particulier que le nombre des câbles de suspension d'une ralingue transversale pourrait être augmenté ou diminué (et donc le nombre de ses arches), et que le nombre de ralingues transversales pourrait aussi être différent de celui représenté. On pourrait aussi prévoir que les câbles de suspension soient dédoublés, soit dans leur plan, soit dans des plans différents. Sans sortir de l'invention, la ralingue transversale pourrait n'avoir qu'un câble, et ne former alors que deux demi-arches. Au lieu d'une ralingue transversale continue on pourrait encore envisager plusieurs ralingues distinctes successives dans un même plan. Ainsi, pour éviter de charger la zone supérieure de l'enveloppe déjà soumise aux charges longitudinales des ralingues à ponts longitudinales, on pourrait n'utiliser que des ralingues transversales latérales disposées à babord et à tribord. Dans ce cas de ralingues transversales séparées, il n'est plus indispensable qu'elles soient dans un plan normal au plan de symétrie. On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en prévoyant des ralingues qui ne seraient pas rigoureusement dans un plan, les ralingues à ponts supportant d'être légèrement gauchies par des câbles dont les points d'accrochage sur là nacelle ne sont pas dans un même plan. 26?8061 REVENDICATIONS. 1. Dispositif de suspension de la nacelle (2) pour un ballon dirigeable souple, caractérisé en ce qu'il comprend des ralingues de suspension (10) disposées transversalement c'est-à-dire dans un plan vertical ou incliné normal au plan vertical de symétrie de l'enveloppe (1) du ballon. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un système principal de suspension (3, 5, 8) agissant sur la partie centrale de l'enveloppe (1) du ballon et prenant l'essentiel des efforts qui s'exercent dans les conditions de vol horizontal, et un système complémentaire de suspension (10, 11, 12) reliant la nacelle (2) à une zone transversale d'au moins une des deux extrémités de l'enveloppe (1) au moyen desdites ralingues transversales (10) en prenant en charge les contraintes additionnelles générées lors de conditions extrêmes de vol. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système complémentaire de suspension comprend au moins un élément de ralingue à ponts (10) disposé transversalement par rapport à l'enveloppe (1) à la surface intérieure de laquelle il est fixé, l'élément de ralingue à ponts transversal (10) et des câbles de suspension (12) de la nacelle (2) qui lui sont rattachés étant orientés dans un plan incliné normal au plan vertical de symétrie de l'enveloppe (1) et passant par les points d'accrochage de la nacelle (2). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément de ralingue transversale (10) a sa partie inférieure en forme d'arches avec des organes souples de bord (11), tels que des câbles ou sangles, qui agissent pour répartir les efforts des câbles de suspension (12) venant des points d'accrochage de la nacelle (2). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une patte 2628061 (14) disposée dans le prolongement de chaque extrémité de l'élément de ralingue transversal (10) et fixée à la face interne de l'enveloppe (1), ladite patte (14) assurant la reprise des efforts des câbles d'extrémité. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le système principal de suspension comprend des ralingues à ponts longitudinales (5), solidaires dans sa partie intermédiaire de la face interne de la partie supérieure de l'enveloppe gonflable (1) et orientées axialement, auxquelles sont -fixées les extrémités supérieures de câbles de suspension (3) solidaires de la nacelle (2). Co cQ z %a CuJ z z N y-1- 2/2 JÀ3 * 1, l 1 À 12 12/ / I \ 13\ / -13 1 1