Brevet FR2767780A1 — publié le 19990305

AERONEF A DECOLLAGE ET ATTERRISSAGE VERTICAL. La présente invention a pour objet un aéronef à décollage et atterrissage vertical, susceptible d'atterrir sur une aire très réduite et d'en décoller. Parmi les aéronefs à décollage et atterrissage vertical, l'hélicoptère constitue l'exemple le plus frappant du fait de sa stabilité et de sa maniabilité, ainsi que de la possibilité qu'il a d'atterrir sur une aire relativement réduite et d'amerrir dans la mesure où des dispositifs spéciaux peuvent être solidarisés au train d'atterrissage ou remplacer ce dernier. Toutefois, l'hélicoptère voit son rayon d'action considérablement réduit du fait qu'il nécessite plus d'énergie qu'un aéronef pourvu d'ailes. En outre, la charge utile que peut emporter un hélicoptère est relativement faible par rapport à l'énergie exigée. Différentes études ont donc été réalisées afin de construire un aéronef susceptible de se substituer à l'hélicoptère tout en améliorant les qualités intrinsèques de ce dernier. Un objet de la présente invention est en conséquence de proposer un appareil à décollage vertical, assuré simultanément par la rotation de trois hélices dont l'une tourne en sens inverse des deux autres, celles situées dans la zone avant de l'appareil tournant à droite, tandis que celle de la queue tourne à gauche, L'énergie étant transmise par la centrale hydraulique actionnée par un moteur à réaction centrale, chaque hélice étant actionnée par un moteur hydraulique piloté à partir de la centrale hydraulique. Un objet de l'invention est de réaliser un appareil à décollage vertical plus stable qu'un hélicoptère, du fait que ses trois hélices sont disposées en triangle, plus rapide également que ce dernier, la propulsion avant étant assurée par trois hélices tandis qu'un turbopropulseur, qui actionne la centrale hydraulique, réalise un effet de poussée sur l'appareil. L'invention a également pour objet un aéronef plus économique qu'un hélicoptère du fait que sa conception nécessite moins d'énergie de fonctionnement tout en procurant un plus grand rayon d'action, et en soulevant plus de charge utile pour moins de carburant utilisé. Un autre objet de l'invention est de réaliser un aéronef plus fiable que les appareils de type hélicoptère, qui, en cas de panne mécanique, peut se poser en planant avec les hélices en autorotation, cet appareil étant pratiquement aussi maniable qu'un avion en permettant la réalisation de figures acrobatiques habituelles telles que des loopings, des tonneaux et analogues. Encore un autre objet de l'invention est de réaliser un aéronef susceptible d'atterrir et de fonctionner également comme hydroglisseur. Encore un autre objet de la présente invention est de réaliser un aéronef de type appareil biplan à aile mince et longue de façon à obtenir une plus grande surface de voilure avec moins de freinage d'air en position décollage/atterrissage. La présente invention a donc pour objet un aéronef à décollage et atterrissage vertical du type à carlingue, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois hélices orientables, disposées en triangle, deux d'entre elles étant montées sur une structure support fixée perpendiculairement à la carlingue de l'aéronef, tandis que l'autre est montée à l'arrière de la carlingue, ces hélices étant entraînées, chacune, par un moteur hydraulique actionné par une centrale hydraulique associée à une boîte de vitesse et entraînée par un turbopropulseur servant également à la propulsion de l'aéronef. L'aéronef selon la présente invention est en outre remarquable par les points suivants: - la structure support est constituée d'un assemblage de profilés creux rigidifiés par des moyens de tension; - le turbopropulseur est monté fixe, des moyens d'orientation, par exemple du type à volets pivotant escamotable, étant prévus pour diriger les flux gazeux sortant du turbopropulseur; - la centrale de commande hydraulique est associée à des moyens de régulation des pressions d'huile au niveau des moteurs individuels actionnant les hélices; - des moyens support d'atterrissage sont également prévus, ces moyens étant constitués de réservoirs entourés d'une enveloppe gonflage, qui à l'état non gonflé recouvre lesdits réservoirs et sont susceptibles d'être gonflés à proximité de l'aire d'atterrissage que celle-ci soit constituée d'un terrain dur, souple, boueux ou liquide; - des systèmes de vérin sont prévus au niveau des hélices pour les orienter selon le processus d'utilisation déterminé au niveau de la centrale hydraulique de commande; - un moteur auxiliaire électro-hydraulique est prévu pour permettre la manoeuvre des inclinaisons des hélices et la manoeuvre des fonctions de vol de l'appareil en cas de panne du moteur central; - le turbopropulseur est monté pivotant sur la carlingue; - est également prévue une centrale pneumatique destinée au gonflage des enveloppes de flottaison; - est également prévu un système de retour du liquide propulseur au niveau du récipient de réserve de ce dernier; - est également prévu un système de refroidissement pour l'huile issue des moteurs hydrauliques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, faite en référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue de dessus de l'aéronef selon la présente invention; - la figure 2 est une vue latérale schématique de l'aéronef de la figure 1; - la figure 3A est une vue latérale d'un élément de train d'atterrissage, en position vol, de l'aéronef selon l'invention; - la figure 3B est une vue en coupe transversale selon la ligne IIIA-IIIA de la figure 3A; - la figure 4A est une vue d'un élément du train d'atterrissage en position d'atterrissage, flottaison ou anti-crash, d'un élément de train d'atterrissage de l'aéronef de l'invention; - la figure 4B est une vue en coupe transversale selon la ligne IVA-IVA de l'élément d'atterrissage de la figure 4A; et - la figure 5 est un schéma illustrant les différents organes de fonctionnement de l'aéronef de la présente invention. Comme représenté sur les figures 1 et 2 L'aéronef selon la présente invention est constitué d'une carlingue A à l'arrière de laquelle est montée une hélice H1 sur un montant M perpendiculaire au fuselage. Sur une structure support C sont montées à pivotement deux hélices symétriquement disposées H2 et H3, cette structure étant montée perpendiculairement à l'axe longitudinal de la carlingue A. Les hélices H2 et H3 tournent respectivement dans le même sens selon les flèches n et f3 tandis que l'hélice H I tourne en sens contraire selon la flèche fl . Aux extrémités de la structure support C, servant d'ailes, sont montées deux structures d'atterrissage B, englobant chacune un réservoir, tandis qu'une structure d'atterrissage identique, non représentée sur la figure 1, est montée sous la carlingue au niveau de l'extrémité arrière. Sur la figure 2, sont représentées en vue latérale les hélices H1 et H3 en position horizontale, en ligne continue, c'est-à-dire de décollage et en position verticale, en tireté, c'est-à-dire en position de propulsion à l'horizontale vers l'avant. Sur cette figure 2, sont également représentés les dispositifs d'atterrissage B, le gouvernail arrière G, le dispositif de contrôle de vitesse V et l'emplacement du turbopropulseur T matérialisé en ligne discontinue avec les flèches directionnelles F3 F4 indiquant le trajet des éléments gazeux qui le traversent. Sur les figures 3A et 3B, est représenté, respectivement en vue latérale et en coupe transversale médiane, un élément B du train d'atterrissage de l'aéronef selon l'invention, qui en comporte trois, deux en bout d'ailes et un en bout de queue, chaque élément servant de réservoirs étant disposé pour permettre le transfert du carburant afin d'équilibrer l'appareil et leur forme aérodynamique est recouverte d'une enveloppe ou chambre à air 1, à l'état dégonflé sur les figures 3A et 3B et comportant sur sa face inférieure une protection la venant en sur-épaisseur de l'enveloppe 1, réalisée par exemple en latex épais. Comme représenté sur les figures 3A et 3B, cette enveloppe de latex vient coller à la paroi des réservoirs B. Comme représenté sur les figures 4A et 4B en position d'atterrissage, amerrissage ou anti-crash, l'enveloppe 1 est gonflée préalablement à ces manoeuvres par un groupe pneumatique, par exemple un compresseur électrique ou bien associé à un système d'enveloppe gonflable. Cet agencement particulier permet d'atterrir sur un terrain accidenté, gravier et cailloux par exemple, sans à-coups ou bien d'amerrir dans de bonnes conditions. Dans ce cas, L'hélice arrière orientable H1 permet de manoeuvrer l'appareil sur un plan d'eau. Le décollage s'effectuera par un court glissage horizontal pour éviter que la poussée du réacteur ne fasse jaillir l'élément liquide du plan d'eau. Les réservoirs B sont reliés solidement à l'aile C par un dispositif de fixation, par exemple des entretoises E. Sur la figure 5, est représenté un diagramme succinct de fonctionnement du système moteur de l'aéronef selon la présente invention. Outre ses fonctions de propulsion, le turbopropulseur T associé à une boîte de vitesse (BV) actionne une centrale hydraulique 2 destinée à actionner les moteurs hydrauliques 2a, 2b et 2c qui entraînent, respectivement en rotation, les hélices H2, H3 et H1. Une vanne de commande 3 permet l'alimentation des régulateurs de stabilité 4a, 4b et 4c, destinés respectivement à contrôler la marche des moteurs hydrauliques 2a, 2b, et 2c. Sur le circuit est montée une réserve d'huile R alimentant d'une part la centrale hydraulique et étant relié à un radiateur de refroidissement 5 par un circuit retour d'huile à la centrale hydraulique 2. Est également prévu en aval de la vanne 3 un clapet antiretour 6, taré en fonction des pressions de fonctionnement, déterminées au préalable. On a également prévu un dispositif limiteur de pression 7 destiné à contrôler l'huile admise au dispositif de vérin 8, prévu pour l'orientation des hélices. L'aéronef selon la présente invention fonctionne de la manière suivante: - en premier lieu, il convient de mettre le moteur au régime maximum. En second lieu, il faut s'assurer que les hélices sont horizontales, comme représenté sur la figure 1 en trait continu. En troisième lieu, il convient d'équilibrer l'appareil en fonction des passagers et des bagages à embarquer. Ceci se fait par un transfert du carburant entre les 3 réservoirs prévus dans l'aéronef. En quatrième lieu, il conviendra d'ouvrir la vanne hydraulique 3 de façon progressive afin d'actionner les trois moteurs 2a, 2b, 2c entraînant les hélices H2, H3, H1, respectivement. De façon classique, lorsque l'aspiration de l'air par en haut sera plus forte que le poids de l'aéronef, ce dernier décollera. Des stabilisateurs d'assiette 4a, 4b et 4c entreront alors en fonction en faisant tourner plus ou moins vite les hélices par l'ouverture d'un robinet de débit d'huile, réalisant ainsi l'horizontalité de l'aéronef. La stabilité latérale est assurée soit par une orientation spécifique de l'hélice Hi, à la façon de l'hélice anti-couple d'un hélicoptère, cette hélice Hl pouvant être actionnée dans les deux sens. En dernier lieu, une fois que l'appareil atteint une altitude suffisante, la propulsion avant sera assurée par basculement approprié des hélices de façon à ce qu'elles prennent la position représentée en tireté sur la figure 2. Il est clair que les hélices, notamment l'hélice H1 peuvent prendre n'importe quelle position d'inclinaison en fonction des évolutions souhaitées, pourvu que les conditions de stabilité de l'aéronef soient assurées. L'atterrissage de l'appareil est réalisé de la manière suivante. A l'approche du point d'atterrissage, il convient en premier lieu de maintenir le régime du moteur normal, puis de réduire la vitesse des hélices en agissant sur la vanne hydraulique 3, après quoi on ramène les trois hélices H2, H3, H1 en position horizontale, comme sur la figure 1 et la figure 2 en trait continu, pendant que l'appareil plane, c'est-à-dire avant le décrochage. On redonnera ensuite de la vitesse aux hélices afin de maintenir l'appareil en suspension après le point de décrochage. Par la suite, l'hélice arrière H1 sera basculée vers l'arrière selon l'inclinaison appropriée afin de freiner et d'immobiliser l'appareil. On atteindra ainsi une position de stationnement fixe, les trois hélices étant horizontales, puis l'on diminuera progressivement la vitesse des hélices et l'on viendra se positionner à l'endroit choisi, en manoeuvrant l'appareil dans la direction voulue, c'est-à-dire en basculant l'hélice arrière H1 vers l'avant pour avancer et vers l'arrière pour reculer, par exemple en position de freinage (FR) comme représenté sur la figure 2 Pour que l'aéronef selon l'invention soit stable horizontalement, au décollage et à l'atterrissage, il est clair que la poussée par le bas et l'aspiration par le haut du turbopropulseur central T plus l'aspiration par le haut des trois hélices H1, H2 et H3, doivent être équilibrés. Si une des hélices venait à tourner trop vite ou moins vite que les autres, la stabilité serait rompue. Dans un tel cas, le dispositif stabilisateur d'assiette 4a, 4b, 4c intervient automatiquement en injectant par la centrale hydraulique plus ou moins de débit aux moteurs hydrauliques respectifs entraînant les hélices, ce qui rétablira l'horizontalité de l'aéronef de l'invention. En ce qui concerne l'énergie transmise aux trois hélices par le système hydraulique, il convient de préciser que cette énergie est retransmise par un renvoi d'angle du réacteur T à une boîte à trois vitesses qui permet d'avoir une grande puissance du moteur à réaction lors du décollage et de l'atterrissage vertical. Cette puissance est d'environ 500 cv, mais lors d'une propulsion en vol, un appareil moyennement chargé et de gabarit classique nécessitera une puissance de 150 cv. On peut donc estimer que les vitesses seront étagées selon l'ordre suivant ATTERRISSAGE DECOLLAGE REACTEUR 3 HELICES 1ère vitesse atterrissage décollage 5000 trs 3000 trs 2ème vitesse vol rapide 2500 trs 3000 trs 3ème vitesse ~ vol économique 1500 trs ~ 3000 trs En cas d'arrêt moteur, l'appareil planera. En effet, les fonctions de navigation assurées par le moteur électro-hydraulique auxiliaire permettent de choisir un terrain exempt d'obstacles. L'endroit est choisi en descente d'altitude soit en virage, soit en piqué. Il conviendra de se positionner sur l'endroit et au point de décrochage, l'appareil devant être absolument à l'horizontale. En conséquence, lors d'une chute verticale, les trois hélices H1, H2 et H3 seront automatiquement entraînées par l'air (en sens inverse du décollage), à l'instar de graines de tilleul ou de pin, ce qui freinera considérablement l'appareil dont le train d'atterrissage pneumatique amortira les chocs sans que se produisent de dégâts. Ainsi se trouvent résolus les problèmes posés par le décollage et l'atterrissage des aéronefs, grâce à la conception d'appareils selon la présente invention qui décollent et atterrissent verticalement, de façon plus rapide qu'un avion classique, grâce à l'addition de la poussée du turbopropulseur, et de façon plus fiable, grâce au système anti-crash. Le système de coopération selon l'invention entre un moteur turbopropulseur et une centrale hydraulique actionnant respectivement trois moteurs destinés à entraîner les hélices, rend possible un vol stationnaire et lent permettant une multitude de services, dans les endroits d'atterrissage les plus divers et les plus difficiles. REVENDICATIONS 1.- .- Aéronef à décollage et atterrissage vertical du type à carlingue, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois hélices orientables (H1, H2, H3) disposées en triangle, deux d'entre elles (H2, H3) étant montées orientables sur une structure support (C) perpendiculaire à l'axe longitudinal de la carlingue de l'aéronef, tandis que l'autre est montée orientable à l'arrière de la carlingue, ces hélices étant entraînées chacune par un moteur hydraulique (2a, 2b, 2c) actionné par une centrale hydraulique (2) associée à une boîte de vitesse (BV) et actionnée par un turbopropulseur (T) servant également à la propulsion de l'aéronef. 2.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure support (C) est constituée d'un assemblage de profilés creux carénés et rigidifiés par des moyens de tension. 3.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le turbopropulseur (T) est monté fixe, des moyens d'orientation, par exemple du type à volet pivotant escamotable, étant prévus pour diriger les flux gazeux sortant dudit turbopropulseur (T). 4. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le turbopropulseur (T) est monté pivotant sur la carlingue. 5.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que la centrale de commande hydraulique (2) est associée à des moyens de régulation de pression (4a, 4c, 4b) destinés à contrôler la pression d'huile au niveau des moteurs individuels (2a, 2b, 2c) actionnant respectivement les hélices (H2, H3 Hl). 6.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que sont prévus des moyens support au décollage et à l'atterrissage, ces moyens étant constitués d'enveloppes ou chambres à air gonflables, qui à l'état non gonflé, enveloppent les réservoirs de carburant et se gonflent à proximité de l'aire d'atterrissage que celle-ci soit constituée d'un terrain dur, souple, boueux ou liquide. 7.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que des systèmes de vérins sont prévus au niveau des hélices pour les orienter selon le processus d'utilisation, déterminé au préalable au niveau du dispositif de commande de la centrale hydraulique (2). 8.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'est prévue une centrale pneumatique, actionnée par des moyens moteurs électriques, et destinés au gonflage des enveloppes pneumatiques. 9.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'est prévu un système de retour du liquide propulseur au niveau du récipient de réserve (R). 10.- Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'est prévu un dispositif d'alimentation du système de vérins (8) destiné à l'orientation des hélices. 11. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'est prévu un système de vérins hydrauliques, destiné à conférer aux hélices avant (H2, H3) et arrière (H1) une inclinaison déterminée. 12. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'est prévu un moteur auxiliaire électro-hydraulique permettant la manoeuvre des inclinaisons des hélices et la manoeuvre des fonctions de l'appareil en cas de panne du moteur central.