Brevet FR2681307A1 — publié le 19930319

L'invention concerne les ballons dirigeables à hélium ou hydrogènes, princifia- lement du type "souple" où la carène est constituée par une enveloppe qui con tiens dIrectement le gaz porteur, les compensations de volume s'effectuant par le remplissage d'un ou plusieurs ballonnets souples internes à l'enveloppe. De tels ballons sont dotés d'une stabilité aérostatique, le centre de gravité se trouvant plus bas que le centre de la portance par le gaz. Selon les dispositions classiques, le pilotage des ballons dirigeables s'effectue au moyen de gouvernes aérodynamiques placées à l'arrière, horizontalement vis-à-vis du tangage et verticalement vis-à-vis du lacet. Ces dispositions peuvent effectivement convenir lorsque les forces aérodynamiques liées à la vitesse sont importantes vis-à-vis du rappel de-stabilité aérostatique.Lorsque le ballon se déplace lentement, ce qui est notamment le cas pour des appareils délibérément munis d'une faible puissance propulsion par pédalage ou par panneaux solaires), les gouvernes aérodynamiques ne peuvent induire des forces suffisantes pour que l'on obtienne une inclinaison de tangage appréciable. Placées à l'carrière et manoeuvrées pour créer une force vers le bas, elles entraînent l'appareil vers le bas sans que la carène puisse prendre une incidence positive avec une portance appréciable vers le haut. Pour les ballons dirigeables lents, ou devant pouvoir voler à de faibles vitesses, il a donc été propose d'utiliser des gouvernes horizontales placées à l'avant de la carène, ne donnant pas lieu à l'effet d'inversion précédemment décrit : la gouverne à la fois donne un effet propre vers le haut et oriente la carène dans le bon sens. On note ceoendant qu'à faible vitesse l'effet d' orientation reste faible, et qu'une vitesse ascensionnelle n'est créée que moy-nnant une traînée supplémentaire appréciable sur la gouverne. il a donc été proposé par Mr Luc GEISER de combiner une carène fuselée et des ailes orientables fixes sous la carène. De telles ailes procurant une portance aérodynamique nettement supérieure à celle que peut fournir une carène fuselée nue, une bonne maniabilité verticale a été obtenue à faible vitesse, bien que la carène n'y ait pas participé. La présente invention s'inspire de la proposition précédente mais elle vise à obtenir une meilleure combinaison des effets aérodynamiques de la carène et des ailes. A cet effet, les ailes sont placées rigidement de part etd'autre de la carène, formant une sorte de planeur, et le dispositif de commande en tangage devient aérostatique et non plus aérodynamique. Bien entendu,si l'appareil doit pouvoir voler à vitesse importante avec une forte motorisation, on peut lui adjoindra des gouvernes aérodynamiques de profondeur, à l'avant ou à l'arrière. La présente Invention concerne donc un ballon dirigeable du type comcortant une carène fuselée (de longueur L et de section S au maitre-couple) contenant un gaz porteur et notamment de l'hélium, au moins un corps transporté tel qu' une cabine placée sous la carène, et au moins un ensemble propulseur notamment à hélice, caractarise en ce que la carène est munie de chaque côté d'une aile fixe de surface au moins égale à 0,25 S et dont le centre de portance se trouve à une distance de l'avant comprise entre 0,5 L et 0,7 L, et en ce qu'il est muni d'au moins un moyen de déplacement longitudinal du centre de gravité global par rapport à la carène, L'invention sera décrite en s'aidant des Figures suivantes Fig 1 : Vue en élévation de l'appareil. Fig 2 : Vue en plan. Fig 3 : Déplacement du centre de gravité par transfert d'air. Fig 4 : Déplacement du centre de gravité par transfert d'eau. Fig 5 : Déplacement du centre de gravité par déplacement oscillant de cabine. Fig 6 : Déplacement du centre de gravité par déplacement téléphériquedecabine. Fig 7 : Appareil combinant une aile et des gouvernes avant. Pour choisir les dispositions relatives à l'aile, on remarque que, selon la théorie de l'aile portante, l'adjonction de deux demi-ailes à un corps fuselé relativement gros peut créer une portance sensiblement équivalente à celle d'une aile classique ayant la même envergure totale, et donc supérieure à celle du corps fuselé majorée de celle des ailes prises isolément. Une telle interaction, extrêmement favorable,a bien été vérifiée sur des maquettes, et l'on dispose ainsi d'une bonne finesse aérodynamique globale.Pour des ballons faiblement motorisés, on peut alors compenser avec de faibles ralentissements des écarts notables entre le poids et la portance aérostatique ce qui faci- lite l'utilisation L'emplacement longitudinal de l'aile doit être tel que la stabilité aérodynamique en tangage devienne neutre; de cette manière , les règlages aérostatiques, qui sont fiables et pratiques, pourront prévaloir.En observe que la réaction aérodynamique d'un corps fuselé avançant avec une certaine incidence, composée d'une traînée et d'une portance, est équivalente à une seule force qui, pour les faibles incidences, recoupe l'axe nettement en avant delta pointe avant : la carène est finalement équivalente à une aile unique, de faible finesse, située en avant de l'appareil et procurant ainsi une instabilité aérodynamique. Pour arriver à la fois à la neutralité aérodynamique et à une portance importante, il faut utiliser une aile d'assez grande surface et disposée un peu en arrière du centre de gravité. En pratique, les ailes(2)sont dotées d'un profil symétrique et sont fixées sur la carène(1)le long des génératrices à mi-hauteur, avec haubanage(3)à l'en veloope vers le haut et vers le bas. Pour une réalisation particulière, il a par avantageux d'utiliser des demi-ailes ayant une surface valant environ 0,35 S fois la section droite d'enveloppe, la finesse globale prévue étant alors de 4. n o qui concerne le déplacement du centre de gravité,-il importe de pouvoir parvenir de manière aérostatique à de -orts angles phi de gangage, permettant d'obtenir ces vitesses verticales ccmpatlbles avec les astreintes météorologiques. Un ordre de grandeur est tg phi = 0,4 par exemple, ce qui suppose à la fois un transfert de poids assez important et une limitation de la stabilité aérostatique. Selon la Figure 3, on utilise un ballonnet(5)en avant et un ballonnet(6) à l'arrière, reliés par un conduit de transfertt7)sur lequel sont ccnnectés un gonfleur d'air(8)et une soupape(9). Une soufflante de transfert (10) permet de règler les quantités d'air à l'avant et à l'arrière et ainsi l'angle de tangage On prévoit également sur le conduit(7) une vanne611)qui, lorsqu'elle est fermée, isole le ballonnet avant, la régulation aérostatique par le gonfleurne s'effec- tuant plus que sur le ballonnet arrière.On obtient insi un certain effet de régulation d'altitude, En effet, si le ballon monte par exemple, la pression ambiante diminue, et le ballonnet arrière évacue de l'air à la soupape. L'arrière devient relativement plus porteur et le ballon s'incline vers le bas, d'où la création d'une vitesse de descente qui compense la montée. Inversement si le ballon descend, le ballonnet arrière se trouve rempli par le gonfleur d'air, et la ballon s'incline vers le haut., Selon la Figure 4, on a prévu l'équilibrage longitudinal par un transfert d'eau entre un réservoir avant(12)et un réservoir arrièret13l reliés par une krsversible canalisation de transfert(14)qui porte une pomoe(15)e transfert.On utilise alors un seul ballonnet à air(16). Il est bon de lui tonner une forme allongée sur le fond de l'enveloppa, pour que l'air contenu prenne un déplacement d'ensemble vers la partie la plus basse et détruise ainsi une partie de la stabilité aérostat que, permettant ainsi de limiter le poids d'eau à utiliser. Selon la Figure 5, la cabine 4 et ses passagers peuvent participer au règlage du centre de gravité, au moins en partie en combinaison avec les moyens précédemment décrits, On a figuré des suspentes formant un triangle avant(17)et un triangle arrière(18)qui relient la cabine à une poutre-quille longitudinala(i 9) courant sous la carène, l'ensemble étant déformable en para lèlogramme. Le mouvement avant-arrière est commandé par exemple par un treuil (20)sur lequel s'enroulent deux filins allant s'accrocher sur la quille vers l'avant et vers l'arrière. Selon la Figure 5, la cabine(4)porte des poulies telles que(21)et(22)rou- lant sur des ~i'ins attachés sur la poutre-au-lle(19): le mouvement est commandé comme précézemment. les dispositions ainsi décrites s'appliquant préférentiellement à des ballons dirigeables de faible puissance, à propulsion par pédalage par exemple, ou par panneaux solaires, Elles pourront aussi s'appliquer à des appareils plus classiques , dans leurs phases de vol lent au moins. Pour le vol rapide, des gouvernes aérodynamiques pourront étire plus efficaces et d'effet plus im- médiat que les déplacements de centre de gravité. Pour obtenir une bonne continuité entre le vol lent et le vol rapide, on pourra selon la Figure 7 reculer un peu l'ailet2)telle qu'elle a été décrite et ajouter des gouvernes horizontales(23)à l'avant de l'appareil, les dimensionnements procurant une stabilité aérodynamique globale, gouvernes bloquées. On peut encore utiliser des gouvernes avant libres sur leur axe et commandées uniquement par un volet auxiliaire dit "trim", avec l'avantage que les forces de déstabilisation aérodynamique croissent alors très peu si l'appareil est placé en écoulement à forte incidence. REVENDICATIONS 1] Ballon dirigeable du type ccmportant une carène fuselée (13 de longueur L et de Section S au maître-couple) contenant un gaz porteur, au moins un corps transporté tel qu'une cabine C43 placée sous la carène, et au moins un ensemble propulseur notamment à hélice, caractérisé en ce que la carène est munie de chaque côté d'une aile fixe 2) de surface au moins égale à 0,25 S et dont le centre de portance se trouva à une distance de l'avant comprise entre 0,5 L et 0,7 L, et en ce qu'il est muni d'au moins un moyen de déplacement longitudinal du centre de gravité global par rapport à la carène. 2) Ballon dirigeable selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'un desdits moyens est constitué par un ensemble de deux ballonnets (5, 6) contenant de l'air, placés à l'intérieur de la carène en ses zones avant et arrière et baignés par l'hélium, ces deux ballonnets étant reliés par un conduit d'échange (7) pourvu d'un dispositif réversible de soufflage [10) connecté d'autre part à un dispositif de gonflage par l'air extérieur, dit gonfleur 6) et à une soupape vers l'extérieur [93. 3) Ballon dirigeable selon la Revendication 2 caractérisé en ce que ledit conduit d'échange porte en outre un dispositif de fermeture (11) placé en avant par rapport aux connexions dudit gonfleur et de ladite soupape. 4) Ballon dirigeable selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'un desdits moyens est constitué par un ensemble de deux réservoirs à eau C12,13) placés près des extrémités avant et arrière de la carène, et d'une canalisation d'échange 14) pourvue d'une pompe réversible (15). 5) Ballon dirigeable selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'un desdits moyens est constitué par un dispositif de suspension d'une cabine du type oscillant longitudinalement, comportant des suspentes entre la partie inférieure de la carène et la cabine, et un dispositif de commanda du mouvement longitudinal. 6) Ballon dirigeable selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'un desdits moyens est constitué par un dispositif de suspension d'une cabine du type téléphérique se déplaçant longitudinalement par l'intermédiaire de poulies sur un ou plusieurs câbles tendus longitudinalement sous la carène et attachés notamment à une poutre-quille liée à la carène. 7) Ballon dirigeable selon l'une des Revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la carène enferme un ballonnet unique à air muni d'un gonfleur et d'une soupape. Ce ballonnet est de forme allongée sur le fond de l'enveloppe. 8) Ballon dirigeable selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la carène porte en partie avant des gouvernes horizontales libres sur leur axe d'articulation et équipées de volets d'orientation.