Brevet FR2725954A1 — publié le 19960426

MONTGOLFIERE SOLAIRE L'invention se rapporte aux montgolfières solaires, c'est-à-dire à des ballons ouverts à la base, gonflés au moyen d'air constamment réchauffé par le rayonnement solaire absorbé par un organe du ballon adapté à cet effet. De telles montgolfières solaires font l'objet des deux brevets fran çais NO 74.00394 et NO 83.04420 qui décrivent des ballons pourvus d'une double paroi extérieure à la fois sensiblement transparente au rayonnement incident et isolante pour le rayonnement secondaire et, à l'intérieur de cette double paroi, d'une troisième paroi noire pour i'un et d'un écran noir pour l'autre. Les avantages de ces montgolfières solaires sont rappelés, à savoir: absence de brûleur à gaz et donc sécurité grandement améliorée, poids réduit, coût diminué et durée de vol augmentée. Ces montgolfières solaires présentent toutefois un inconvénient majeur, celui de ne pas comporter de moyen susceptible de donner au pilote une maîtrise efficace de son altitude de croisière. En effet, la soupape de sécurité que comporte en principe les deux appareils décrits est en pratique particulièrement difficile à refermer, dans le cas de ballons possédant une paroi en plastique mince. Dans le cas du premier brevet, aucun autre moyen de contrôle de l'altitude de croisière n'est prévu. Dans le cas du second, il est proposé de modifier l'orientation de l'écran par rapport au soleil, afin de diminuer le rayonnement absorbé, donc la température de l'air intérieur, et ainsi réduire la portance du ballon pour le faire descendre. Du fait de l'inertie du ballon, ce procédé est peu commode. On notera qu'en l'absence d'un moyen de contrôle continu de l'altitu- de de croisière d'une montgolfière solaire, celle-ci pourrait, avec un ensoleillement suffisant avant ouverture de la soupape de sécurité, monter jusqu'à une altitude supérieure à quinze mille mètres. Ce qui, bien entendu, est totalement inacceptable pour des montgolfières de loisir. L'objet de l'invention est de réaliser une montgolfière solaire à faible coût, pourvue de moyens simples et cependant efficaces pour contr- ler en continu son altitude de croisière. Selon l'invention, une montgolfière solaire, susceptible d'évoluer à une altitude de croisière contrôlée, est caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison: - un ballon ouvert à la base, pourvu d'une paroi unique en plastique mince sensiblement noir; - un cercle de charge fixé à la base du ballon et un support de charge suspendu à ce cercle; - un ventilateur à larges pales, entrainé par un moteur électrique monté au centre d'une suspension solidaire du cercle de charge; - un dispositif électronique, disposé en série entre le moteur et une source d'énergie électrique, adapté à contrôler la vitesse et le sens de rotation du moteur. Grâce à ces dispositions, il est aisé, après avoir installé le cercle de charge sur la base du ballon, de gonfler ce ballon en faisant tourner le ventilateur dans le sens qui convient. Au fur et à mesure que le ballon se gonfle, sa paroi exposée au soleil absorbe de plus en plus d'énergie et la température moyenne de son air intérieur s'élève progressivement. Lorsque le ballon parait suffisamment gonflé (par exemple à 80% de son volume maximal), le ventilateur est arrêté. Ensuite, le réchauffement par le soleil de l'air interne continue et, au bout de quinze à vingt minutes dans le cas d'un soleil d'intensité moyenne, la température de cet air atteint une valeur qui donne à l'appareil, une portance suffisante pour tendre progressivement les suspentes du support de charge (nacelle ou harnais) qui lui sont accrochées. Au fur et à mesure que la température moyenne de l'air du ballon s'élève, sa paroi se tend de plus en plus, son volume et sa portance augmentent et le ballon monte. L'altitude de croisière de la montgolfière qui correspond à la masse d'air initialement contenue dans le ballon est atteinte lorsque les pertes thermiques par conduction de toute la paroi du ballon deviennent égales à l'énergie absorbée par la partie de paroi tournée vers le soleil. Cette altitude de croisière est, pour une charge donnée et pour un ensoleillement donné, directement déterminée par la masse d'air contenue dans le ballon. Si le plafond initialement atteint doit être abaissé, le pilote fait tourner un moment le ventilateur dans le sens inverse de gonflage. Ce qui a pour effet de vider quelque peu l'air du ballon, donc d'en diminuer le volume et la portance, et de le faire descendre de quelques mètres. Au contraire, si le plafond initialement atteint n'est pas jugé suffisant par le pilote, celui-ci fait à nouveau tourner le ventilateur dans le sens de gonflage, ce qui augmente la masse d'air contenue dans le ballon. Cette masse d'air nouvelle se réchauffe ensuite sous l'effet du rayonnement solaire absorbé, ce qui augmente la portance et fait monter la montgolfière. Le processus continue jusque soit à nouveau atteint l'équilibre entre les pertes thermiques et le rayonnement solaire absorbé. Pour chaque intensité d'ensoleillement, le volume maximal du ballon détermine sa portance maximale disponible.En fonction de cette portance maximale, l'altitude maximale de croisière de la montgolfière solaire selon l'invention dépend du poids de la charge utile emportée. On notera que, du fait de la paroi unique du ballon, son isolement thermique est relativement faible et la température maximale de l'air lnté- rieur relativement limitée. Mais, comme le volume d'u-. ballon en fonction de son diamètre croit plus vite que sa surface, Il est facile de compenser l'absence de la double paroi décrite dans les deux brevets cités, par une augmentation du diamètre du ballon. L'altitude de croisière d'une montgolfière solaire selon l'invention sera en pratique à volonté comprise entre quelques dizaines et quelques centaines ou quelques milliers de mètres, ce qui ne peut pas être le cas des montgolfières solaires de types connus. De la sorte, on réalise selon l'invention une montgolfière de loisir qui permet au pilote d'évoluer à l'altitude qui lui convient, pendar.t toute la durée d'ensoleillement du lieu et sans la moindre dépense financière de mise en oeuvre. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'une manière plus précise de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple non mimitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une montgolfière selon l'invention; - la figure 2 représente une vue schématique de face du ventilateur faisant partie de cette montgolfière; - la figure 3 représente une vue schématique de côté du ventilateur ci-dessus. Selon la figure 1, la montgolfière solaire selon l'invention représentée à titre d'exemple comprend un ballon 10 de quatorze mètres de diamètre maximal, réalisé au moyen de quarante deux lés, tels 12 et 14, de plastique noir à haute résistance mécanique (de préférence du polypropylène) mesurant vingt microns d'épaisseur. Chacun des lés 12-14 possède, dans sa partie supérieure, un profil de demi-arche de sinusoïde à pointe coupée et, dans sa partie inférieure, celui d'un rectangle de quatorze mètres de long et d'un de large, En tout, ces lés mesurent environ vingt et un mètres de long et au plus un mètre de large. Ils sont reliés les uns aux autres par de larges rubans adhésifs, tels 16 et 18, du genre couramment utilisé pour la fermeture des cartons d'emballage.De la sorte, le ballon 10 peut être considéré comme théoriquement formé par une demi- sphère dans sa partie supérieure et par un cylindre de révolution dans sa partie inférieure. D'autres rubans, tels 17 et 19, sont disposés le long de parallèles distants entre eux d'un mètre. Cela, afin de consolider la parol du ballon et d'en permettre la réparation aisée en cas de déchirure accidentelle. Les extrémités supérieures de ces lés de plastique 12-14 sont reliées à un cercle d'assemblage 11 de même nature, au moyen de rubans adhésifs identiques aux précédents. Les extrémités inférieures de ces lés sont fixées à un cercle de charge 20 comportant une gorge extérieure 21. Ce cercle 20 est réalisé au moyen d'un profilé cintré en aluminium extrudé, du genre utilisé pour les jantes des roues de bicyclette. I1 mesure ur. mètre soi- xante de diamètre et trois centimètres de hauteur. Four fixer le cercle de charge 20 sur le ballon 10, la partie inférieure du ballon est froncée puis passée au travers du cercle et rabattue dans la gorge 21. Une sangle de serrage est ensuite mise en place dans cette gorge. Sa tension maintient en place par frottement le ballon et cela en toute sécurité.De la sorte, les forces de traction appliquées au cercle de charge 20 lul sont transmises sans risque de rupture de la paroi du ballon. Cela, grâce aux nombreux replis de la paroi du tronc de cône renversé, auquel est réduit le cylindre initial formé par la paroi de la partie inférieure du ballon. Sur le bord supérieur du cercle de charge 20 sont soudées seize pattes d'accrochage, telles 22 a, b, c, d, régulièrement espacées, débordant à l'extérieur. Chacune comporte un trou diamétral 24 (voir fig.2) dans lequel est passée l'une des seize suspentes 26 soutenant une nacelle 28 (ou un harnais). Au centre du cercle de charge 20, est disposé un moteur électrique 30 de cent watts mécaniques, pourvu d'un réducteur non représenté, adapté à entraîner les pales 32 d'un ventilateur 34. Dans la nacelle 28 sont installés une batterie électrique 36 de quinze ampères-heures (6 ou 12 volts) et un dispositif électronique 38, possédant les fonctions suivantes: coupure de liaisons, inversion de liaisons et commande progressive.Ce dispositif 38 est disposé en série entre les bornes du moteur électrique 30 et celles de la batterie 36, les conducteurs non représentés reliant ces bornes courant le long d'une suspente 26. Selon les figures 2 et 3, qui représentent des vues schématiques de face et de/du ventilateur 34 monté sur le cercle de charge 20 de la montgolfière selon l'invention, le moteur électrique 30 et son réducteur sont fixés à un collier de montage 40 rigidement lié à quatre poutres en L, 42 a, b, c, d, dont les extrémités sont fixées par vis sur les quatre pattes d'accrochage représentées 22 a, b, c, d, soudées au cercle de charge 20. Les pales 32 a, b, c, d, du ventilateur 34 sont des plaques rectangulaires en plastique expansé, pourvues de bords arrondis et mesurant soixante centimètres de long, quinze de large et un d'épaisseur. Elles comportent respectivement des longerons 44 a, b, c, d, fixés par collage dans une découpe longitudinale étroite, pratiquée dans le milieu de chaque plaque, et par serrage sur quatre doigts non représentés, solidaires d'une tête de montage 46. Selon la figure 3, cette tête 45 est pourvue d'un arbre d'entraînement 48 monté fixe sur celui du moteur 30. Le pas de chacune des pales 32 est de quinze degrés. L'écartement entre les bouts de deux pales svmétriques est d'un mètre cinquante. A titre d'exemple, le moteur électrique 30 et son réducteur seront une perceuse électrique portable du commerce fonctionnant sur batterie. Cette perceuse sera montée telle quelle sur le collier 40, son mandrin servant à serrer l'arbre d'entraînement 48. Le volume maximal de la montgolfière présentée à la figure 1 est de 1.500 m et son poids à vide est de 40 kilos, dont 7 pour le ventilateur et son alimentation. La charge maximale d'une montgolfière solaire selon l'invention est d'environ 100 gr/m . En conséquence, dans le cas présent, le poids maximal de la charge utile sera de 110 kilos. A plein régime, le ven 3 tilateur tourne à 300 tours/minute et produit un débit de 400 m d'air par minute. De la sorte, le ballon est gonflé à 80% en trois minutes (une batterie de démarrage étant utilisée à cet effet, pour ménager la batterie emportée). Avec un bon ensoleillement, au bout de vingt minutes environ, l'air du ballon est suffisamment chaud (250C au plus de différence par rapport à la température extérieure) pour que la montgolfière soit en mesure de décoller. Comme cela a été indiqué plus haut, en commandant la vitesse et le sens de rotation du ventilateur, le pilote peut, à volonté et en toute sécurité, faire constamment évoluer sa montgolfière solaire selon l'invention, entre quelques dizaines et quelques milliers de mètres et ce, gratuitement pendant toute la durée d'ensoleillement du lieu. La commande de cette évolution se fera sans heurts, grâce à la commande progressive du moteur 30 du ventilateur 34, assurée par le dispositif électronique 38. On notera qu'il est aisé de doter une telle montgolfière d'un groupe moto-propulseur pour lui permettre d'être dirigée au gré du pilote et non plus suivant la seule direction du vent. Cela sera d'autant plus facile que la puissance requise n'a pas à participer à la sustentation du véhicule. REVENDICATIONS 1. Montgolfière solaire susceptible d'évoluer à une altitude de croisière contrôlée, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison: - un ballon (10), ouvert à la base, pourvu d'une paroi unique en plastique mince sensiblement noir; - un cercle de charge (20), fixé à la base du ballon (10) et un sup- port de charge (28) suspendu à ce cercle par des suspentes (25); - un ventilateur (34) à larges pales (32), entraîne par un ensemble moto-réducteur électrique (30), monté au centre d'une suspension (42) solidaire du cercle de charge (20); - un dispositif électronique (38), disposé en série entre le moteur (30) et une source d'énergie électrique (36), adapté à contrôler la vites- se et le sens de rotation du moteur. 2. Montgolfière solaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ballon (10) est réalisé au moyen de lés (12-14) découpés dans leur partie supérieure suivant des demi-arches de sinusolde à pointe coupée et suivant de longs rectangles dans leur partie inférieure, ces lés étant assemblés entre eux et, au sommet, reliés à un cercle d'assemblage (11), au moyen de rubans adhésifs (16-18), la paroi du ballon étant en outre consolidée par des rubans identiques (17-19) disposés selon des parrallèles. 3. Montgolfière selon la revendication 2, caractérisée en ce que: - le cercle de charge (20) comporte une gorge extérieure (21) et des pattes d'accrochage débordantes (22), régulièrement espacées, soudées sur son bord supérieur; - chacune de ces pattes (22) est adaptée à servir de point de fixation pour l'une des suspentes (26) du support de charge (28); - certaines de ces pattes (22) sont adaptées à servir de points de fixation pour les poutres de suspension (42) du moto-réducteur (30) du ventilateur (34); - la partie inférieure du ballon (10) passe au travers du cercle de charge (20), est rabattue sur Sa gorge extérieure (21) et lui est rattachée au moyen d'une sangle de serrage.