Brevet FR2753433A1 — publié le 19980320

Depuis bien longtemps les chercheurs essayent de construire un aéronef à décollage vertical et l'on a abouti soit à l'hélicoptère et ses proches réalisations (autogire, girodyne ou combinés), soit à un convertible c'est à dire un appareil qui change de configuration par basculement de ses rotors (par exemple: en Angleterre l'avion HARRIER, aux USA le convertible V22). Le but de cette invention est la réalisation d'un aéronef à décollage vertical sans changement de configuration, se comportant au départ cornme un hélicoptère, puis comme un avion dans ses déplacements. Suivant une caractéristique de l'invention l'aéronef réalise sa propulsion par une partie centrale comprenant une enveloppe cylindrique à l'intérieur de laquelle tournent deux hélices soufflantes contrarotatives sensiblement de même diamètre que celui de l'enveloppe, entraînées par des moteurs placés soit au centre de l'enveloppe, soit symétriquement par rapport à l'axe de l'enveloppe, ainsi que les composants mécaniques, réservoirs, pompes, alternateur, volets de direction, de façon à permettre le passage de l'air comprimé par les hélices soufflantes entre l'enveloppe cylindrique extérieure et l'enveloppe intérieure englobant les moteurs avec leurs composants. Suivant une autre caractéristique de l'invention la direction et la stabilité de l'aéronef sont assurés par des volets formant sensiblement un carré, s'inscrivant à l'intérieur de enveloppe et se situant à l'arrière de l'aéronef, les déplacements de ces volets vers l'enveloppe soit par rotation, soit par coulissement suivant un angle prédéterminé par le constructeur permettant de diriger les flux des gaz. Suivant une autre caractéristique de l'invention l'aéronef peut comporter deux cabines, l'une située à l'avant, l'autre à l'arrière de l'enveloppe cylindrique, la cabine avant pouvant avoir un profil d'aile de façon à améliorer la portance. Suivant une autre caractéristique de l'invention l'aéronef comporte de chaque côté de l'enveloppe deux ailes diamétralement opposées, fixées sur un longeron passant par le centre de l'enveloppe et rotatives sur le longeron autour de leur axe de portance c'est à dire à un quart environ de leur longueur totale. L'invention et ses avantages seront mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés à titre indicatifs et non limitatifs pour lesquels: * la figure 1 est une vue en plan de l'aéronef en position verticale de départ, la figure 2 est une vue en coupe de l'aéronef montrant les différents agencements de l'enveloppe en position horizontale, e la figure 3 est une vue en plan de l'arrière de l'aéronef en position horizontale dans le cas où le pilote dirige directement Aéronef, * la figure 4 est une vue en plan de l'arrière de l'aéronef en position horizontale dans le cas où le pilote dirige l'aéronef par des commandes électriques de vol, la figure 5 est une vue en coupe des volets de direction arrières en position horizontale dans le cas où ces volets fonctionnent dans une seule direction, vers l'extérieur de l'enveloppe, la figure 6 est une vue en coupe des volets de direction arrières en position horizontale dans le cas où ils fonctionnent dans les deux sens, la figure 7 est une vue en coupe des volets de direction dans le cas où ces volets sont coulissants, la figure 8 est une vue en coupe de l'aéronef dans le cas de réalisation d'un venturi, * la figure 9 est une vue en projection latérale de la cabine (3), s la figure 10 est une vue en perspective de l'aéronef. La figure 1 est une vue en plan de l'aéronef en position verticale de départ. Nous trouvons l'enveloppe extérieure (1) à l'intérieur de laquelle se trouvent les moteurs (14), les réservoirs (17) et les accessoires. La cabine avant (2) a la forme d'une aile tronquée dont les côtés verticaux s'inscrivent dans la face avant de l'enveloppe (I) afin d'augmenter la portance de l'appareil. La cabine arrière (3) se positionne à l'arrière de l'enveloppe (1) et à l'intérieur des volets de direction (4) formant sensiblement un carré, une ventilation directe en provenance des hélices soufflantes (12) et (13) alimentant l'intérieur de cette cabine. Bien entendu, la cabine (3) n'est pas obligatoire et la cabine (2) pourrait avoir une forme ovoïde. Deux petites ailes (5) et (6) pouvant être fixes ou pivotantes sur le longeron (7) relient l'avant de la cabine (2) et le longeron (7) fixé à l'extrémité avant de l'enveloppe (1) sur lequel sont montées deux ailes plus grandes (8) et (9) pivotantes autour de ce longeron (7) passant par leur centre de poussée situé sensiblement au quart de la longueur des ailes pivotantes (8) et (9) placées longitudinalement à l'extérieur le long de l'enveloppe (1). Quatre pieds (10) disposant d'amortisseurs de chocs pour l'atterrissage, permettent à l'aéronef de se positionner verticalement; ils peuvent être solidaires soit de l'enveloppe (1) soit des supports (16) et (36). La figure 2 est une vue en coupe de l'aéronef montrant les différents agencements de l'enveloppe en position horizontale Nous retrouvons l'enveloppe (1), les cabines (2) et (3), les volets de direction et de stabilité (4), les petites ailes (5) et (6) pouvant être fixes ou pivotantes autour du longeron (7) situé à l'avant de l'enveloppe (1) fixé sur celle-ci et passant par l'axe longitudinal (33) et supportant les deux ailes pivotantes (8) et (9) afin de conserver toujours une portance maximale quelque soit l'angle d'incidence, ainsi que les pieds de suspension (10). Nous trouvons à l'intérieur de l'enveloppe (1): - une grille (11) verticale passant par le longeron avant (7), - l'axe longitudinal (33) de l'enveloppe (1) sur lequel sont placées deux hélices soufflantes (12) et (13) contrarotatives, - les moteurs (14) pouvant être des moteurs thermiques, des turbomoteurs, des réacteurs, des turboréacteurs, - un déflecteur (15) permettant de fixer l'enveloppe intérieure (46) contenant les moteurs (14) à l'enveloppe (1) et de redresser le flux d'air comprimé par les hélices soufflantes (12) et (13), - un second déflecteur (16) permettant de redresser les gaz comprimés par les hélices soufflantes (12) et (13), placé à l'arrière et soutenant les volets de direction (4) avec des supports (36), - une enveloppe (46) à l'intérieur de laquelle se trouve les moteurs (14) et les composants mécaniques, réservoir (17), pompes (41) etc... permettant le passage des gaz entre l'enveloppe (46) et l'enveloppe extérieure (1). - le réservoir (17) permettant le stockage du carburant, - un gyroscope (27) associé à des capteurs permettant d'assurer la maîtrise de l'inclinaison de l'aéronef en agissant sur les volets de direction au moment du décollage et de l'atterrissage, ce gyroscope (27) pouvant être désolidarisé de l'aéronef dans la phase de vol horizontal. Les pompes (41) et alternateurs (42) complètent l'équipement. La figure 3 est une vue arrière de l'aéronef en position horizontale montrant les différents volets de direction (4) dans le cas où le pilote dirige l'aéronef sans commande de vol électrique. Nous trouvons: - l'enveloppe extérieure (1), - à l'horizontal supérieur, trois volets (18), (19), (20), les deux volets latéraux (18) et (20) étant plus petits en largeur que le volet central (19), - à l'horizontal inférieur, trois volets (21), (22), (23) symétriques des trois volets supérieurs (18), (19), (20), - verticalement, un volet latéral droit (24) et un volet latéral gauche (25). Tous ces volets peuvent être commandés soit par des câbles, poulies, ressorts et tringlerie etc... et par des vérins (26) représentés sur la figure (3). Ces volets servent à maîtriser les trois axes permettant de diriger l'aéronef Ils permettent une réduction de la surface de sortie des gaz afin d'augmenter leur vitesse, et forment sensiblement un carré. L'axe de roulis est contrôlé soit par les volets (18) et (23) marchant ensemble, soit par les volets (20) et (21) marchant ensemble, le pilote commandant le déplacement de ces volets en agissant latéralement à droite ou à gauche sur le manche à balai, ce qui lui permet d'empêcher la rotation de l'aéronef autour de l'axe (33) de l'enveloppe (1). L'axe de tangage est contrôlé par le volet (19) pour monter et par le volet (22) pour descendre, commandés par le pilote agissant longitudinalement en avant et en arrière sur le manche à balai. L'axe de lacet est contrôlé par le pilote agissant sur le volet (24) pour aller à droite et le volet (25) pour aller à gauche grâce à un palonnier à deux pédales. Tous les volets représentés peuvent se déplacer uniquement vers l'extérieur, par rotation. On pourrait en supprimant la cabine (3) les faire se déplacer vers l'intérieur à condition de canaliser les flux d'air comprimé (voir figure 6). On pourrait également déplacer les volets par coulissement suivant la figure 7. La figure 4 est une vue en plan de l'arrière de l'aéronef en position horizontale dans le cas où des commandes électriques de vol équipent l'appareil. Les trois volets supérieurs (18), (19), (20), sont remplacés par deux volets supérieurs (28) et (29) de même largeur. Il en est de même pour les volets inférieurs (21), (22), (23), remplacés par deux volets (30) et (31). L'axe de roulis est commandé soit par les volets supérieur droit (29) et inférieur gauche (30), soit par les volets supérieur gauche (28) et inférieur droit (31). L'axe de tangage est commandé soit par les deux volets supérieurs (28) et (29) agissant en même temps pour monter, soit par les deux volets inférieurs (30) et (31) agissant ensemble pour descendre. L'axe de lacet est toujours commandé soit par le volet (24), soit par le volet (25). Les volets (4), soit pivotants, soit coulissants et commandés par des capteurs et des vérins (26), par leur conception, permettent une variation de la sortie des gaz et donc augmentent la vitesse de l'aéronef. La figure 5 est une vue en coupe de l'aéronef en position horizontale montrant l'agencement des volets de direction horizontaux supérieurs et inférieurs, pivotants autour de leur axe de rotation (34), (35). Dans cette figure les volets ne fonctionnent que vers l'extérieur de l'enveloppe (1). Nous retrouvons l'enveloppe (1) et les volets de direction (19) supérieur et (22) inférieur qui pivotent autour de leur axe (34) et (35) et forment sensiblement un carré. Ils sont commandés soit par des vérins (26) soit par des câbles, et sont fixés à l'enveloppe (1) par le second déflecteur (16) et par des supports (36) soutenant l'enveloppe (46) et permettant une variation de la surface de sortie des gaz, afin d'augmenter leur vitesse et celle de l'aéronef. La figure 6 est une vue en coupe montrant le fonctionnement des volets de direction arrières en position horizontale dans le cas où ils fonctionnent dans les deux sens. Dans ce cas, compte tenu des possibilités de variation des volets, ce sont des commandes électriques de vol qui commandent leur déplacement. Les volets (18), (19), (20), (28) et (29) ainsi que les volets (21), (22), (23), (30) et (31) se prolongent à l'intérieur de l'enveloppe (1) et peuvent s'y déplacer à condition d'avoir aménagé dans l'enveloppe (46) la sortie des gaz comprimés grâce à des parois (37) et (38) ainsi qu'une paroi verticale (39) figurant en pointlls sur la figure 6, en fermant l'évacuation des gaz comprimés les obligeant à suivre le traiet imposé par les volets (4) grâce aux tôles de guidage (37), (38), (39), ce qui a pour effet d'augmenter le contrôle de direction et la stabilité de l'aéronef. La figure 7 est une vue en coupe des volets de direction horizontaux (19) et (22), coulissant suivant un angle prédéterminé par le constructeur de l'aéronef, le déplacement des volets pouvant être effectué soit par le pilote soit par une commande électrique de vol, les volets (19) et (22) se déplaçant à l'intérieur des guides (43) et (44) fixés à l'intérieur de l'enveloppe (46), la sortie de tous les volets permettant une variation de la sortie des gaz afin d'augmenter leur vitesse et celle de l'aéronef. La figure 8 est une vue en coupe de l'aéronef avec tous les mêmes organes, l'enveloppe (1), les moteurs (14), les hélices soufflantes (12) et (13), le réservoir (17), les volets de direction (4) etc... Un venturi (40) est aménagé entre l'enveloppe (1) et l'enveloppe intérieure (46) comprenant les moteurs (14) et leurs composants mécaniques (17), sur le parcours de l'air comprimé par les deux hélices soufflantes (12) et (13) de façon à pouvoir faire déboucher les gaz de combustion des moteurs (14) au centre du venturi (40) qui crée une dépression favorisant ainsi l'aspiration des gaz de combustion par les canalisations (45), améliorant par là même le rendement des moteurs (14). La figure 9 est une vue en projection latérale de la cabine arrière (3) de l'aéronef en cours de montée. Le plancher (50) de cette cabine (3) avec son dôme (51) se déplace en faisant coulisser le plancher (50) sur les montant (48) et (49) entourant cette cabine (3) grâce à des capteurs et des vérins en fonction de l'angle fait par l'aéronef avec le sol, de façon à ce que la cabine (3) reste constamment horizontale, les gaz de combustion passant directement à l'arrière sur les côtés de la cabine (3). La cabine (3) pourrait également pivoter autour d'un axe horizontal s'appuyant sur les côtés latéraux correspondant aux volets (24) et (25) de l'axe de lacet de l'aéronef. La figure 10 est une vue en perspective de l'aéronef. Nous retrouvons les différents éléments déjà décrits; l'enveloppe (1), les cabines (2) et (3), les volets de direction horizontaux (18), (19), (20), verticaux (25), les petites ailes (5) et (6) pouvant être fixes ou pivotantes, le longeron (7) de pivotement des ailes (8) et (9), les pieds (10) de suspension, la grille (11) pour éviter l'injection de corps étrangers. Le fonctionnement de l'invention est le suivant: En position de départ l'aéronef est vertical; il est nécessaire que la poussée faite par les moteurs (14) et les hélices soufflantes (12) et (13) soit supérieure au poids de l'aéronef. Au fur et à mesure de l'accélération des moteurs (14) la poussée augmente et l'aéronef s'élève verticalement maintenu en position verticale par un gyroscope (27) commandant ltouverture des volets de direction (4) pour assurer la stabilité et la verticalité de l'appareil aussi bien pour le décollage que pour l'atterrissage, le pilote agissant sur les différents volets pour contrôler la rotation de l'aéronef autour de son axe vertical (33). Dès que la hauteur atteinte par l'aéronef est suffisante, le pilote agit sur les volets (19), (28), (29) pour mettre l'engin en position horizontale et l'aéronef se comporte comme un avion. Pour atterrir, le pilote branche le gyroscope (27) qui va commander les volets (4) et les moteurs (14) pour mettre l'aéronef en position verticale, il équilibre la poussée des moteurs (14) avec la charge pour arriver très doucement au contact du sol. Dans le cas où l'aéronef comporte un réacteur, celui-ci est situé à l'arrière, centré sur l'axe longitudinal (33) de l'enveloppe (1) et les gaz de combustion pourraient passer directement à travers le carré constitué par les différents volets (4) ce qui aurait pour but d'éviter toute déformation de ces volets, le réacteur entraînant toujours les deux hélices soufflantes contrarotatives (12) et (13). Dans le cas où l'aéronef comporte deux réacteurs ceux-ci sont situés à l'arrière, placés symétriques par rapport à l'axe longitudinal (33) de l'enveloppe (1), les gaz de combustion pouvant passer directement à travers le carré constitué par les différents volets (4), chaque réacteur entraînant soit une hélice soufflante soit la moitié de chaque hélice soufflante par l'intermédiaire de pignons et de trains épicycloidaux, les deux hélices soufflantes (12) et (13) étant contrarotatives. Dans le cas où l'aéronef comporte des moteurs à pistons et des turbomoteurs les gaz de combustion pourraient être mélangés aux gaz comprimés par les hélices soufflantes contrarotatives (12) et (13). Remarques: Si l'on veut réaliser un dronte c'est à dire un aéronef sans pilote, les cabines (2) et (3) sont supprimées, les commandes des différents axes sont effectuées par radio commande, et remplacement de la cabine (2) est équipé de caméras transmettant par radio les renseignements désirés. Pour donner plus de stabilité à l'appareil notamment lorsqu'il n'y a pas de commandes de vol électriques, on pourra ajouter, à l'arrière, sur l'enveloppe (1), des bras supportant une petite aile stabilisatrice au dessus de l'enveloppe (1), sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Bien entendu si les petites ailes (5) et (6) sont mobiles autour du longeron (7), elles pourraient être associées aux volets de direction permettant de contrôler l'axe de roulis et de tangage sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, on pourrait rendre fixes les ailes pivotantes (8) et (9) sans pour cela sortir du cadre de l'invention Bien entendu, l'enveloppe (1) pourrait être d'une forme différente d'un cylindre, par exemple de forme sensiblement rectangulaire, mais les hélices soufflantes seraient toujours contrarotatives et le passage des gaz se ferait toujours entre l'enveloppe (1) et l'enveloppe (46) comprenant les moteurs (14) avec leurs différents composants, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, les composants mécaniques tels que réservoir (17), pompes (33), gyroscope (27)...se situant sur l'axe (33) de enveloppe (1) pourraient être placés dans un ordre quelconque, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, les hélices soufflantes (12) et (13) pourraient être à pas variable de façon à augmenter soit la force de traction au moment du départ et à l'atterrissage soit la vitesse de sortie des gaz en période de vol horizontal sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, on pourrait ajouter dans la partie supérieure de l'enveloppe (1) après les hélices soufflantes (12) et (13) trois volets disposés à 120 degrés dont l'ouverture commandée soit par le pilote soit par un système automatique permettrait de maintenir plus facilement la verticalité de l'aéronef sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, si la cabine (3) est très chargée, un second longeron (7) supportant les ailes latérales (8) et (9) le long de l'enveloppe (1) se positionnera entre l'enveloppe intérieure (46) et l'enveloppe (1) afin d'équilibrer les charges de l'aéronef, le réservoir (17) se situant sensiblement de chaque côté de ce longeron (7). REVENDICATIONS - - Aéronef à décollage vertical caractérisé en ce que sa propulsion est réalisée par une partie centrale comprenant une enveloppe cylindrique (1) à l'intérieur de laquelle tournent deux hélices soufflantes (12) et (13) contrarotatives sensiblement de même diamètre que celui de l'enveloppe, entraînées par des moteurs (14) pouvant être des moteurs thermiques, des turbomoteurs, des reacteurs et des turboréacteurs placés soit au centre sur l'axe (33) de l'enveloppe (1) soit symétriquement par rapport à l'axe (33) de l'enveloppe (1) ainsi que les composants mécaniques tels que réservoirs (17), pompes (41), alternateurs (42), volets de direction (4), de façon à permettre le passage de l'air comprimé par les hélices soufflantes (12) et (13) entre l'enveloppe cylindrique extérieure (1) et l'enveloppe intérieure (46) contenant les moteurs (14) avec leurs différents composants. 2 - Aéronef à décollage vertical conforme à la première revendication caractérisé en ce que: - les volets de direction (4) formant sensiblement un carré, situés à l'arrière de l'enveloppe (46) permettent de diriger les flux des gaz, soit par pivotement autour de leur axe (34) et (35), soit par coulissement dans les guides (43) et (44) afin de contrôler les trois axes de roulis, de tangage, et de lacet, par l'intermédiaire de câbles, poulies, ressorts, tringleries et de vérins (26) dans le cas de commande directe par le pilote, et par l'intermédiaire de capteurs et de vérins (26) dans le cas de commandes électriques de vol, - l'axe de lacet étant contrôlé par les deux volets verticaux droit (24), gauche (25), commandés soit par le pilote grâce à un palonnier dans le cas de commande directe soit par les commandes électriques de vol, - l'axe de roulis étant contrôlé soit par les volets (18) et (23) marchant ensemble et par les volets (20) et (21) marchant ensemble dans le cas de commandes directes par le pilote, soit par les volets (28) et (30) marchant ensemble et par les volets (29) et (31) marchant ensemble dans le cas de commandes électriques de vol, - l'axe de tangage étant contrôlé par le volet (19) pour monter et (22) pour descendre dans le cas de commande directe par le pilote soit par les deux volets (28) et (29) supérieurs marchant ensemble pour monter et les deux volets (30) et (31) inférieurs marchant ensemble pour descendre dans le cas de commandes électriques de vol. 3 - Aéronef à décollage vertical conforme aux deux premières revendications caractérisé en ce qu'une cabine (2) est placée à l'avant de l'enveloppe (1), cette cabine (2) pouvant être en forme d'aile tronquée pour augmenter la portance, s Inscrivant dans la face avant de l'enveloppe (1), une seconde cabine (3) pouvant être placée à l'arrière à l'intérieur des volets de direction (4) formant sensiblement un carré, une ventilation directe en provenance des hélices soufflantes (12) et (13) alimentant l'intérieur de cette cabine (3), le plancher (50) de la cabine arrière (3) avec son dôme (51) se déplaçant sous l'action de capteurs et de vérins en fonction de l'angle fait par l'aéronef avec le sol de façon à rester constamment horizontal en faisant soit coulisser le plancher (50) sur les montants (48) et (49) entourant cette cabine (3), soit pivoter la cabine (3) autour d'un axe horizontal s'appuyant sur les côtés latéraux correspondant aux volets (24) et (25) de l'axe de lacet de l'aéronef. 4 - Aéronef à décollage vertical conforme aux deux premières revendications caractérisé en ce que deux petites ailes (5) et (6) soit fixes soit pivotantes sur le longeron (7) se positionnent de chaque coté de la cabine (2) s'inscrivant dans le diamètre de l'enveloppe (1), ainsi que deux ailes (8) et (9) plus grandes pivotant autour du longeron (7) passant par l'axe (33) de l'enveloppe (1) et par le centre de portance des ailes (8) et (9) situé sensiblement au quart de la longueur des ailes placées longitudinalement à l'extérieur le long de l'enveloppe (1). 5 - Aéronef à décollage vertical conforme aux deux premières revendications caractérisé en ce que deux déflecteurs (15) et (16) redressant le flux d'air comprimé par les hélices soufflantes (12) et (13) formant supports ainsi que des supports (36) permettent de fixer à l'enveloppe (1), l'enveloppe intérieure (46) contenant les moteurs (14), les accessoires mécaniques (17) et les volets de direction (4), ces volets de direction (4) pouvant être soit coulissants, soit rotatifs et permettant une variation de la surface de sortie des gaz afin d'augmenter leur vitesse et celle de l'aéronef. 6 - Aéronef à décollage vertical conforme aux deux premières revendications caractérisé en ce que les volets de direction horizontaux (18), (19), (20), (28), (29) et (21), (22), (23), (30), (31) permettant le contrôle des axes de tangage et de roulis, mobiles autour de leur axe (34) et (35) se prolongent à l'intérieur de l'enveloppe (1) et pendant la manoeuvre de déplacement ferment l'évacuation des gaz comprimés les obligeant à suivre le trajet imposé par les volets grâce à des tôles de guidage (37), (38) et (39) afin d'augmenter le contrôle de direction et la stabilité de l'aéronef. 7 - Aéronef à décollage vertical conforme aux deux premières revendications caractérisé en ce qu'un venturi (40) est aménagé entre l'enveloppe (1) et l'enveloppe intérieure (46) contenant les moteurs (14) avec leur composants mécaniques (17) pour faire arriver les gaz de combustion au centre du venturi (40) par une canalisation (45) de façon à favoriser l'aspiration des gaz de combustion et d'améliorer le rendement des moteurs (14).