Brevet FR2737130A1 — publié le 19970131

AVION JOUET POUVANT VOLER PAR TELEGUIDAGE DANS UN ESPACE CLOS, NOTAMMENT DANS UNE PIECE La présente invention concerne un avion jouet pouvant voler par téléguidage dans un espace clos ou protégé du vent, notamment dans une pièce. La pièce dans laquelle l'avion peut voler peut être une pièce de dimensions relativement restreintes comme une pièce d'un appartement ou d'une maison (salon, chambre, salle de jeux etc.). Les jouets reproduisant des avions sont très appréciés des enfants surtout lorsqu'on peut les faire voler. Les plus élaborés sont des modèles réduits reproduisant les caractéristiques essentielles d'un véritable avion et qui sont télécommandés par voie hertzienne. Ils possèdent un moteur thermique ou électrique pour faire tourner l'hélice, un réservoir de carburant ou une batterie et un mécanisme de commande des gouvernes de direction et de profondeur. Le moteur et le mécanisme de commande des gouvernes sont commandés grâce à un émetteur logé dans un boîtier de commande et à un récepteur installé dans l'avion. Ces modèles réduits sont destinés à des adolescents ou à des adultes et, dans la plupart des cas, on ne peut guère les qualifier de jouets. Ces avions télécommandés par voie hertzienne sont relativement lourds et, par conséquent, ils volent à une vitesse relativement élevée. Ce sont obligatoirement des avions d'extérieur. Aucune modification structurelle ne permettrait de les transformer en jouet d'intérieur. La nécessité de trouver un terrain dégagé limite considérablement l'utilisation de ces avions. Comme avions volants d'intérieur on ne connaît que certains avions à moteur caoutchouc, qui sont très légers et peuvent être utilisés sans danger dans des pièces d'habitation. Ce ne sont cependant pas des avions que l'on peut diriger et leur intérêt ludique s'en trouve d'autant réduit. De plus, leur temps de vol est réduit à quelques secondes, sauf pour des prototypes de concours réservés à des adultes I1 n'existe donc pas d'avion jouet téléguidé et volant, destiné à être utilisé dans un espace restreint tel qu une pièce ou un appartement. I1 n'est pas non plus possible de modifier les avions téléguidés existant pour les utiliser en tant que jouet dans un tel espace. La présente invention a été conçue pour apporter une solution à ce problème. Elle a permis de concevoir un engin volant facilement utilisable. Elle a pour objet un avion jouet pouvant voler dans un espace clos et notamment dans une pièce, caractérisé en ce qu'il comprend - un modèle d'avion pouvu d'un moteur électrique, entraînant une hélice de propulsion, et des moyens d'action sur la direction de vol du modèle d'avion, - un dispositif de commande à distance du vol du modèle d'avion, comportant une source d'énergie électrique et des moyens de commande électrique du vol du modèle d'avion, - un câble souple assurant la liaison électrique entre le dispositif de commande à distance et le modèle d'avion pour alimenter le moteur électrique à partir de la source d'énergie électrique et pour relier lesdits moyens de commande électrique auxdits moyens d'action, la charge alaire du modèle d'avion traînant le câble de liaison étant 4 1,5 g/dm2. Dans le cas où l'avion téléguidé et volant selon l'invention est destiné à un enfant, ce qui est le cas le plus vraisemblable pour ce type d'objet, il faut impérativement qu'il ne soit pas dangereux, non seulement quand il vole mais aussi quand l'enfant le manipule. I1 faudra aussi que ce jouet soit robuste pour pouvoir résister aux chocs et aux manipulations tout en restant extrêmement léger. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble de l'avion jouet selon l'invention, le modèle d'avion étant représenté en vol, - la figure 2 représente un câble de liaison électrique utilisable dans l'avion jouet selon l'invention, - la figure 3 est une vue éclatée du modèle d'avion selon l'invention, - la figure 4 est une vue de détail montrant le gouvernail de direction du modèle d'avion selon l'invention ainsi que sa motorisation, - la figure 5 est une vue de dessous du fuselage et des ailes du modèle d'avion selon l'invention. Afin que le modèle d'avion puisse voler sans problème dans un espace aussi restreint qu'un appartement, la vitesse maximale à laquelle le modèle d'avion doit voler a été évaluée à 2 m/s. A cette faible vitesse, un enfant peut arriver facilement à contrôler le vol du modèle d'avion. Le câble de liaison n'est pas destiné à être tendu. Le domaine du vol n'est donc pas limité à la surface d'une sphère comme dans le cas du vol circulaire. Le modèle d'avion peut évoluer librement dans toutes les directions. Pour voler à si faible vitesse, le modèle d'avion doit être très léger. On estime que la charge alaire du modèle d'avion traînant le câble de liaison doit être 4 1,5 g/dm2. On a pu obtenir cette faible valeur de charge alaire parce que, l'avion jouet selon l'invention étant à câble de liaison, il n'y a pas de source d'énergie ni de récepteur de radio-commande emportés à bord du modèle d'avion. L'exemple de réalisation qui va maintenant être décrit offre un modèle d'avion très léger et en même temps robuste, et pas dangereux, ce qui est très important pour un jouet. La figure 1 montre les trois éléments essentiels de l'avion jouet selon l'invention : le modèle d'avion 1, le dispositif de commande 2 et le câble 3 assurant la liaison électrique entre le modèle d'avion et le dispositif de commande. Le dispositif de commande 2 comprend une batterie 21 servant de source d'énergie électrique pouvant être mise en circuit par le commutateur 22. Pour rendre le dispositif de commande plus attrayant, on peut lui donner la forme d'un volant d'avion moderne c'est-à-dire le pourvoir de deux poignées 23 et 24 se rattachant à la partie centrale 25 qui comporte les éléments électriques et électroniques de commande. Sur la poignée gauche 23, se trouve l'organe de commande 26 du moteur 11 du modèle d'avion entraînant l'hélice 19. Sur la poignée droite 24, se trouve l'organe de commande 27 du gouvernail de direction. On a choisi, par souci de légèreté, de laisser fixe le gouvernail de profondeur 13, la montée et la descente de l'avion en vol se faisant par modification du régime moteur. Les organes de commande 26 et 27 actionnent des résistances variables ou des variateurs électroniques de puissance que l'on peut trouver facilement dans le commerce. La tension aux bornes du moteur doit être ajustable de 0 à la tension maximum. La tension aux bornes de l'actionneur du gouvernail (qui sera décrit plus loin) doit être ajustable entre une valeur négative de tension -maximum et une valeur positive de tension maximum, cette tension maximum pouvant être différente de celle alimentant le moteur. Les deux organes de commande 26 et 27 sont pourvus de ressorts qui les ramènent à une position neutre correspondant à O V dans les deux cas. Le câble de liaison électrique doit être le plus léger possible et pour cela les fils électriques qui le composent doivent être les plus légers possible, donc les plus fins possible. L'intensité du courant qui les parcourt doit donc être limitée à une faible valeur. I1 est donc nécessaire, pour disposer d'une puissance suffisante, de prévoir une tension relativement importante. A titre d'exemple, la tension maximale d'alimentation du moteur électrique 11 peut être de 9 V tandis que la tension de commande de l'actionneur peut varier entre - 4,5 V et + 4,5 V. Le câble électrique de liaison 3 doit être souple et très léger pour ne pas gêner les évolutions du modèle d'avion 1. Une longueur d'environ 1,75 m semble bien appropriée pour un fonctionnement dans une pièce d'habitation de taille moyenne. On propose, pour l'avion jouet selon l'invention, un câble électrique de cette longueur et ne pesant, sans les prises de connexion, que 0,6 g soit environ 0,35 g/m. Ce câble est représenté seul à la figure 2. I1 est composé de quatre fils conducteurs 31, 32, 33 et 34 de 0, 1 mm de diamètre, deux fils étant destinés à alimenter le moteur électrique et deux fils étant réservés pour l'actionneur du gouvernail de direction. Ces fils sont en cuivre et sont isolés électriquement par un vernis. On peut ainsi les regrouper dans la pliure d'un pli 35 réalisé à partir d'un ruban de plastique plié en deux. Après insertion des fils, les deux côtés du pli sont collés. Le ruban de plastique utilisé peut avoir 4 mm de large pour 10 ou 12 pm d'épaisseur ce qui est une épaisseur courante pour les fabricants de films plastiques. I1 est avantageux d'utiliser un plastique peu déchirable parce que s'allongeant beaucoup avant rupture, par exemple le polyéthylène ou le polypropylène. Le câble est terminé, côté dispositif de commande, par un connecteur à quatre contacts. Un autre connecteur à quatre contacts relie le câble au modèle d'avion. Ce dernier connecteur peut avoir un poids égal ou inférieur à 0,1 g si on le choisit parmi certains connecteurs minaturisés utilisés en informatique ou dans le matériel téléphonique portable. Ces connecteurs sont de préférence dimensionnés afin de pouvoir se déconnecter facilement au moindre effort anormal. Ceci permet de protéger le câble électrique et le modèle d'avion de contraintes mécaniques trop importantes. La figure 3 représente le modèle d'avion 1 en vue éclatée mais avec des ailes incomplètes. A titre d'exemple, son envergure peut être de 45 cm, sa longueur de 40 cm, la surface des ailes de 4,5 dm2 et son poids de 6 g. Le câble de liaison électrique est attaché au modèle d'avion par son connecteur, au-dessous du modèle et près de son centre de gravité. Le modèle d'avion peut être divisé en les sous-ensembles suivants - le groupe moto-propulseur 100, - l'actionneur du gouvernail de direction 200, - le fuselage 14 et les bords d'attaque des ailes 15, - le reste des ailes, - les gouvernails de profondeur 13 et de direction 12. Selon l'invention, le poids correspondant à chaque sous-ensemble peut être avantageusement distribué de la manière suivante - groupe moto-propulseur 2,5 g, - actionneur 0,3 g, - fuselage et bords d'attaque 1,5 g, - le reste des ailes 1 g, - les gouvernails 0,3 g, - la moitié de la longueur de câble avec son connecteur au modèle d'avion 0,4 g. Le total fait donc 6 g. Le groupe moto-propulseur 100 est constitué du moteur électrique 11, d'une hélice et d'un cône d'hélice 16. Le moteur 11 doit avoir un excellent rapport puissance sur poids. I1 peut s'agir d'un moteur à courant continu avec balais et à aimants très puissants (aimants aux terres rares). La consommation de ce moteur est de l'ordre de 200 mA sous une tension d'alimentation de 7 V. Le groupe moto-propulseur doit être capable de soulever, à l'arrêt, les deux tiers du poids de l'avion, soit dans ce cas 4 g, c'est-à-dire un peu moins de deux fois le poids du moteur. Le moteur peut être du type utilisé en micro-mécanisme et équipé d'aimants au samarium-cobalt. Des moteurs de ce type sont disponibles pour un poids d'environ 3,2 g. Ce poids peut être réduit en choisissant judicieusement les matériaux et les dimensions des éléments constitutifs. L'hélice ne doit pas être dangereuse. Pour cela, elle est souple, ce qui contribue à la solidité. Elle comporte un moyeu 101, qui s'enfiche et se colle sur l'axe 111 du moteur 11, et deux pales 102. Une pale est faite à partir d'un film plastique souple, d'environ 50 pm d'épaisseur, plié en deux et est légèrement arquée. Chaque pied de pale 103 du moyeu s'enfiche dans la pliure de chaque pli -102 constituant une pale. Les côtés se faisant face de chaque pli sont collés en incorporant le pied de pale correspondant. Le cône d'hélice 16 protège l'hélice et le moteur. I1 est de préférence en matière plastique expansé pour amortir les chocs. Dans le détail, le groupe moto-propulseur est constitué d'éléments ayant les caractéristiques suivantes - moteur 2,25 g, - hélice plus cône 0,25 g dont 0,02 g pour le cône d'hélice, - diamètre de l'hélice 8 cm, - calage de l'hélice 15 , - vitesse de rotation maximale du moteur 6000 t/min. La figure 4 est une vue de détail du modèle d'avion montrant le gouvernail de direction 12 et son actionneur 200. Cet actionneur doit être très léger car l'inertie en lacet du modèle d'avion doit être très faible afin d'avoir une maniabilité en virage suffisante. Son poids est de préférence de l'ordre de 0,3 g. I1 est avantageusement du type utilisé pour les équipages mobiles des multimètres à aiguille. I1 comprend un aimant permanent 201, au Sm-Co ou au Fe-Nd, lié à un axe 202 (par exemple en corde de piano) solidaire du gouvernail de direction 12 et constituant l'axe de rotation de ce gouvernail. L'aimant 201 est disposé à l'intérieur d'une bobine d'induction plate 203 dont les deux extrémités sont réliées électriquement à deux fils du câble de liaison électrique.Suivant l'intensité et le sens du courant qui traverse la bobine 203, l'aimant 201 est soumis à un champ magnétique d'amplitude et de direction variable. I1 en résulte un couple de forces qui fait tourner l'aimant 201, donc le gouvernail 12 qui lui est solidaire. La bobine d'induction 203 est fixée au fuselage 14 (voir la figure 3) par un morceau de ruban adhésif. Un brin plastique 16, en deux parties, est fixé d'une part au fuselage 14 par collage et d'autre part au gouvernail de direction 12. I1 constitue un élément ressort qui tend à maintenir le gouvernail en position neutre. Afin de diminuer le couple de commande du gouvernail de direction, celui-ci est compensé (son axe de rotation 202 divise sa surface en deux parties presque égales) et est équilibré (l'axe de rotation 202 passe par le centre de gravité de l'équipage mobile). La figure 4 permet aussi de se rendre compte de la constitution du gouvernail de direction, le gouvernail de profondeur étant d'ailleurs constitué selon le même principe. Un brin plastique souple 204 de diamètre 0,6 mm est refermé sur lui-même et thermosoudé de façon à constituer le pourtour du gouvernail de profondeur. Le brin plastique 16 est collé au brin 204 au niveau et en arrière de l'actionneur 200 qu'il entoure. Un film plastique 205 de 8 um d'épaisseur est tendu sur le brin 204 et le bord du film est rabattu autour du brin 204 pour être collé ou thermosoudé sur lui-même. On va maintenant décrire, en relation avec les figures 3 et 5, la formation du fuselage et du bord d'attaque des ailes. Afin d'être suffisamment léger et raide devant les forces en vol, cette partie est constituée d'une enveloppe faite d'un film plastique de 10 pm d'épaisseur et qui a la forme du fuselage 14 et des bords d'attaque 15. La liaison entre le fuselage et les bords d'attaque (par collage ou thermosoudage) doit être suffisamment rigide pour éviter que les ailes ne s'affaissent. Une collerette de liaison à ce niveau peut éventuellement être nécessaire pour augmenter la raideur de la liaison. Les bords d'attaque 15 sont de préférence de forme légèrement conique, leur diamètre diminuant à mesure qu'on s'éloigne du fuselage.Chaque bord d'attaque est fixé au fuselage de façon à donner à l'aile correspondante un dièdre de quelques degrés et une incidence de 50. L'enveloppe peut aussi comprendre des pattes 10 à la place des roues habituelles pour supporter le modèle d'avion quand il est au sol. En variante, ces pattes peuvent être d'une structure différente et rapportées au modèle d'avion. L'enveloppe est gonflée à une pression supérieure d'environ 5 mbar à la pression atmosphérique. L'enveloppe peut être scellée ou on peut prévoir une valve de regonflage. Le moteur électrique 11 est collé sur la face avant du fuselage 14 avec, éventuellement, interposition d'une pastille de renforcement. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 5, le reste de chaque aile est constitué d'un brin souple de plastique 17 d'environ 1 mm de diamètre jouant le rôle de bord de fuite, et d'un film plastique 18 de 8 pm d'épaisseur. Le brin 17 est attaché par l'une de ses extrémités à l'extrémité distale du bord d'attaque 15 et par son autre extrémité au fuselage 14. Le film 18 est tendu entre le bord d'attaque 15, le bord de fuite 17 et le fuselage. I1 y est fixé par collage ou thermosoudage au bord d'attaque et au fuselage. I1 est fixé par collage ou thermosoudage sur lui-même après recouvrement du brin 17. L'absence de danger de ce jouet vient de son faible poids et de sa faible inertie, de sa faible puissance (inférieure à 3 W) et de la souplesse de ses constituants et notamment de l'hélice. REVENDICATIONS 1. Avion jouet pouvant voler dans un espace clos et notamment dans une pièce, caractérisé en ce qu'il comprend - un modèle d'avion (1) pouvu d'un moteur électrique (11), entraînant une hélice de propulsion (19), et des moyens d'action sur la direction de vol du modèle d'avion, - un dispositif de commande à distance (2) du vol du modèle d'avion, comportant une source d'énergie électrique (21) et des moyens de commande électrique du vol du modèle d'avion, - un câble souple (3) assurant la liaison électrique entre le dispositif de commande à distance (2) et le modèle d'avion (1) pour alimenter le moteur électrique (11) à partir de la source d'énergie électrique et pour relier lesdits moyens de commande électrique auxdits moyens d'action, la charge alaire du modèle d'avion (1) traînant le câble de liaison (3) étant 2. Avion jouet selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le modèle d'avion (1) étant pourvu d'un gouvernail de profondeur (13) fixe, une modification de la direction de vol consistant en une montée ou une descente du modèle d'avion (1) est obtenue par variation de la vitesse du moteur, les moyens d'action pour assurer la montée ou la descente étant alors constitués par le moteur électrique (11), les moyens de commande électrique correspondants étant constitués par des moyens de variation de l'énergie électrique fournie au moteur par la source d'énergie électrique (21). 3. Avion jouet selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'action pour effectuer un virage comprennent un aimant permanent (201), solidaire d'un axe (202) fixé au gouvernail de direction (12), et une bobine d'induction (203) fixée au modèle d'avion (1) et capable de soumettre ledit aimant permanent (201) à l'action d'un champ magnétique généré par le passage d'un courant électrique continu dans ladite bobine d'induction (203), les moyens de commande électrique correspondants étant constitués par des moyens de variation de l'intensité du courant électrique continu passant dans la bobine d'induction (203). 4. Avion jouet selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de variation de l'intensité du courant électrique continu passant dans la bobine d'induction (203) comprennent des moyens de variation de la tension continue appliquée aux bornes de la bobine d'induction (203) pour générer ledit courant électrique et pouvant faire varier cette tension continue de manière négative ou positive autour d'une valeur zéro correspondant à la position neutre du gouvernail de direction (12). 5. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le modèle d'avion (1) comporte des moyens ressort (16) tendant à maintenir le gouvernail de direction (12) dans sa position neutre. 6. Avion jouet selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens ressort (16) comportent au moins un brin élastique reliant mécaniquement le gouvernail de direction (12) au fuselage (14) du modèle d'avion. 7. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moteur électrique (11) est un moteur à courant continu à balais et à aimants aux terres rares. 8. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque pale (102) de l'hélice (19) est constituée d'un pli de film plastique souple dont les côtés en vis-à-vis sont solidarisés entre eux. 9. Avion jouet selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque pale (102) est fixée au moyeu de l'hélice (19) par un pied de pale (103) solidaire du moyeu, pénétrant dans la pliure du pli constituant la pale (102) pour y être fixé. 10. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le modèle d'avion (1) comporte un cône d'hélice (16) en matière plastique expansée. 11. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le fuselage (14) et les bords d'attaque (15) des ailes sont constitués par une enveloppe de film plastique gonflé. 12. Avion jouet selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'enveloppe de film plastique est gonflé à une pression supérieure d'environ 5 mbar par rapport à la pression atmosphérique. 13. Avion jouet selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que chaque aile comprend un brin souple (17) attaché par l'une de ses extrémités à l'extrémité distale du bord d'attaque (15) et par son autre extrémité au fuselage (14) pour délimiter le bord de fuite de l'aile, un film plastique (18) étant fixé entre le bord d'attaque (15), le brin (17) délimitant le bord de fuite et le fuselage (14) pour compléter l'aile. 14. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le gouvernail de profondeur (13) du modèle d'avion est constitué par un brin souple délimitant son étendue et supportant un film plastique. 15. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le gouvernail de direction (12) du modèle d'avion est constitué par un brin souple (204) délimitant son étendue et supportant un film plastique (205). 16. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le modèle d'avion (1) comporte des pattes (10) à la place de roues pour le supporter quand il est au sol. 17. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le dispositif de commande à distance (2) est logé dans un boîtier ayant la forme d'un volant d'avion moderne. 18. Avion jouet selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'une (23) des poignées du volant comporte un organe manoeuvrable (26) permettant de faire monter ou descendre le modèle d'avion en vol tandis que l'autre poignée (24) du volant comporte un organe manoeuvrable (27) permettant de faire virer le modèle d'avion (1). 19. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble (3) comprend des fils isolés (31 à 34), conducteurs de l'électricité, logés dans la pliure d'un pli obtenu par pliage longitudinal d'un ruban souple dont les côtés en vis-à-vis sont solidarisés entre eux. 20. Avion jouet selon la revendication 19, caractérisé en ce que le ruban souple est un film plastique. 21. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble (3) est relié électriquement au modèle d'avion par une broche déconnectable. 22. Avion jouet selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble (3) est attaché sous le modèle d'avion (1) et à proximité de son centre de gravité.