Brevet FR2807735A1 — publié le 20011019

Ballon captif ou dirigeable, avec des ailes d'empennage gonflées, en delta et disposées en étoile. La présente invention concerne les ballons, captifs ou dirigeables, du type souples , avec une enveloppe souple globale de forme fuselée pour le gaz porteur (hydrogène ou hélium) munie de liens internes tendus pour marquer les formes et porter la nacelle et les moteurs. La surpression du gaz porteur par rapport à l'atmosphère est maintenue par l'utilisation de ballonnets d'air inclus dans l'enveloppe et alimentés par des gonfleurs, ou par la simple élasticité de l'enveloppe et des liens internes. Des panneaux d'empennage peuvent être formés de structures rigides entoilées, attachées sur l'arrière de l'enveloppe et haubanées ou solidaires de structures rigides dans l'enveloppe. On connaît des empennages en panneaux souples gonflés par le gaz porteur ou par de l'air. La taille des empennages dépend de la stabilité de vol requise, compte tenu des réactions demandées au pilotage et de la stabilité pendulaire en tangage. Les ballons captifs, sans pilote et susceptibles d'être exposés à de grands vents, ne doivent en aucun cas entrer en piqué sous l'influence d'une rafale descendante qui mettrait en défaut la stabilité pendulaire, et doivent rester parfaitement orientés dans le sens du vent pour ne pas être fortement épaulés vers un côté avec des efforts considérables. Ils ont donc de grands empennages. Les ballons dirigeables ont des empennages plus petits car le vent apparent ne dépasse pas en vol la vitesse de propulsion, la stabilité pendulaire étant alors, sauf erreur de pilotage, efficace vis-à-vis du tangage, et il est admis que le pilote doive constamment corriger l'instabilité de cap. Des empennages comme ceux des ballons captifs donneraient lieu à un supplément important d'encombrement, de poids et de traînée. Cependant, comme certains avions, les ballons pourraient être équipés d'empennages réduits et de systèmes de pilotage automatique par gouvernes, en tangage et en cap. L'invention a pour but d'obtenir des empennages efficaces, robustes et légers, relativement aux empennages habituels. L'auteur a déjà proposé en 1979 une forme intégrant l'empennage vertical, avec un bord de fuite muni d'un tube raidisseur et des voiles internes horizontaux étagés d'allure triangulaire aboutissant au bord de fuite, les empennages horizontaux étant rapportés de part et d'autre. Selon la présente invention, on constitue une enveloppe fuselée pour ballon captif ou dirigeable avec des empennages gonflés agissant vis-à-vis du tangage et du lacet, en continuité avec le reste de l'enveloppe et en forme d'ailes delta disposées en étoile autour de l'arrière du fuseau. Dans le cas de trois ailes, on peut adopter une aile verticale supérieure et deux obliques vers le bas, en Y renversé. Quatre ailes peuvent être disposées en X. Pour former de telles ailes, on utilise des voiles internes fixant le tissu d'enveloppe le long de génératrices d'un noyau central arrière en pointe, avec un supplément de tissu entre les génératrices pour constituer les ailes en long raccordement sur le fuseau. Chaque aile, obtenue avec un bord d'attaque arrondi, comporte un tube raidisseur en bord de fuite, enfilé dans un fourreau formé par la toile, et un ou plusieurs voiles internes d'allure triangulaire aboutissant au bord de fuite. Cette structure de l'arrière procure une grande rigidité après gonflage et permet en particulier d'installer un puissant propulseur à l'arrière. L'invention sera décrite à l'aide des figures suivantes - Fig 1. Elévation d'une enveloppe à trois ailes delta en Y renversé, - Fig 2, Installation d'un propulseur sur un arrière à quatre ailes delta en X, - Fig 3. Maillage pour une enveloppe à quatre ailes delta en X. La Figure 1 montre une enveloppe 1 à trois ailes delta, la forme étant obtenue en retenant le tissu d'enveloppe selon trois génératrices d'un fuseau pointu à l'arrière prolongeant l'ogive avant 2, au moyen de trois voiles internes, deux voiles obliques symétriques partant de la génératrice basse 3 et rejoignant les génératrices 4, 4' symétriques en moitié haute, et le voile supérieur 5 en travers entre ces génératrices. Les voiles obliques s'étendent plus vers l'avant que le voile 5, car ils servent de suspentes internes pour répartir le poids de la nacelle sous l'enveloppe. Entre deux des génératrices 3, 4 et 4' se déploient des ailes delta, soit 6 vers le haut et 7, 7' en oblique vers le bas, chacune tenue en forme par un raidisseur rigide tel que 8 glissé dans un fourreau le long du bord de fuite et par des voiles-nervures tels que 9 de forme triangulaire, s'étendant sur une plus faible longueur que les voiles précédents. L'expérience montre que l'aile prend une forme satisfaisante, même avec une seule voile-nervure, lorsque la longueur du bord de fuite correspond à une largeur et hauteur globales d'empennage voisines du diamètre du ballon. Les voiles internes peuvent être élastiques pour procurer au moins en partie une compensation vis-à-vis des variations de volume du gaz porteur. Les voiles élastiques peuvent être constitués par des voiles partiels reliés par des liens élastiques. Les calculs aérodynamiques ont montré qu'avec des hauteur et largeur de cet ordre on n'atteignait pas le critère parfait de stabilité dynamique, selon lequel, en vol avec incidence, la force de portance dynamique passerait en arrière du centre de gravité. Cependant, on dépasse déjà la stabilité procurée par les empennages usuellement adoptés sur les dirigeables. II est aisé, si nécessaire, d'utiliser des ailes delta de plus grande envergure, au prix d'un supplément de traînée. La rigidité et la robustesse obtenues à l'arrière, surtout si les raidisseurs de bords de fuite tels que 8 sont solidarisés, permet d'installer à l'arrière un poids et une force de propulsion relativement importants; il peut ainsi s'agir d'un propulseur principal. La Figure 2 montre, dans le cas d'une enveloppe à quatre ailes delta en étoile, l'installation sur l'arrière d'un moteur 11 avec hélice, dont le bâti de support procure l'encastrement en X des raidisseurs tels que 8 des bords de fuite des quatre ailes. On peut installer des gouvernes aérodynamiques telles que 12 articulées sur des axes tels que 13 disposés entre les extrémités 14 des bords de fuite et une rotule centrale 15 reliant entre elles les quatre gouvernes, de manière à agir sur le flux soufflé par l'hélice. Des bras de solidarisation supplémentaire 16 sont installés entre les régions médianes des raidisseurs 8 et des gouvernes. On a figuré pour les gouvernes des becs de compensation s'étendant dans les zones triangulaires entre les extrémités 14 et les bras 16. Pour assurer le pilotage de l'appareil, on peut, au lieu de gouvernes, orienter l'ensemble du moteur 11 et de son hélice, ou munir l'hélice d'une variation cyclique de pas. On peut disposer, à l'extrémité 14 des ailes inclinées vers le sol, des moyens d'atterrissage et de fixation au sol, représentés par des roulettes 17, coopérant avec une fixation ventrale avancée 18. La Figure 3 est un maillage obtenu pour une enveloppe à quatre ailes en étoile. On a figuré, indépendamment de l'invention, des gouvernes de profondeur 20 à l'avant, dites moustaches , qui procurent des avantages en matière de pilotage et qui permettraient de se passer de l'orientation en profondeur des gouvernes de l'arrière. La forme selon l'invention présente divers avantages - L'ensemble souple de l'enveloppe et des empennages forme après dégonflage un colis unique sans éléments rigides encombrants et facilite les transports et le stockage, - on obtient l'ensemble de l'enveloppe et des empennages par simple gonflage, sous réserve de glisser les tubes raidisseurs dans les fourreaux prévus, les ailes delta obtenues sont légères et très robustes vis-à-vis des chocs et déformations, notamment à l'approche du sol ou de la mer, - l'enveloppe peut être orientée à forte incidence sans décrochement aérodynamique, - la section en étoile à l'arrière favorise une compensation des variations de volume de l'hélium par l'élasticité des voiles internes, sans apparition de plis importants sur la surface, en rendant inutiles des ballonnets d'air, - cette compensation par élasticité sur l'arrière procure une certaine régulation en altitude, puisque l'accroissement de volume à l'arrière en cas de montée provoque par transfert du centre de portance un effet piqueur, - les raidisseurs de bords de fuite se rejoignant sur l'axe, la grande rigidité obtenue à l'arrière permet d'y placer un propulseur, en excellente position pour le rendement de propulsion et la protection d'une hélice même de grand diamètre contre les chocs, - les deux ailes en oblique vers le bas, dans le cas des ailes en X ou en Y renversé, procurent un moyen d'attache robuste au sol sur une grande largeur, à combiner avec une attache sur l'avant, d'où une grande résistance à des vents latéraux sans qu'il soit nécessaire de laisser le ballon s'orienter face au vent, - pour installer des panneaux photovoltaïques, on peut utiliser quatre ailes en X qui procurent sur le dos de l'appareil une surface appréciable, peu inclinée sur l'horizontale, - l'esthétique en fléchette avec trois ou quatre ailes delta est indéniable. - un dirigeable stratosphérique peut être lancé du sol comme un ballon sonde, avec une faible quantité d'hélium qui occupe alors uniquement l'ogive avant, les composants attachés à l'enveloppe se trouvant suspendus à la partie non gonflée qui pend à la Verticale, l'hélice de propulsion à l'arrière étant entièrement dégagée. Le dirigeable se gonfle en prenant de l'altitude et prend la forme voulue, sans qu'on ait eu à résoudre des problèmes de poids et de stabilité qui seraient survenus lors d'un envol en gonflage complet avec une très importante proportion d'air dans des ballonnets, solution rendue probablement nécessaire si l'on utilise des empennages rigides. REVENDICATIONS 1. Enveloppe fuselée pour ballon captif ou dirigeable, caractérisée en ce qu'elle comporte ces empennages gonflés en continuité avec le reste de l'enveloppe et en forme d'ailes delta disposées en étoile autour de l'arrière du fuseau. 2. Enveloppe selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque aile est obtenue en retenant le tissu dans la partie arrière par des voiles internes définissant les génératrices d'un fuseau arrière pointu en continuité avec l'ogive avant de l'enveloppe, et en ajoutant dans chaque aile des éléments raidisseurs. 3. Enveloppe selon la revendication précédente, caractérisée en ce que des éléments raidisseurs sont constitués par des tubes enfilés dans des fourreaux de tissu le long des bords de fuite des ailes. 4. Enveloppe selon les revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que des éléments raidisseurs sont constitués par des voiles souples d'allure triangulaire entre les deux faces de l'aile, s'étendant vers l'avant à partir du bord de fuite. 5. Enveloppe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que des gouvernes sont installées sur les bords de fuite. 6. Enveloppe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un propulseur est installé sur les bords de fuite. 7. Enveloppe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que des moyens d'attache au sol sont disposés à l'extrémité des ailes orientées vers le bas.