Brevet FR2831518A1 — publié le 20030502

"Aéronef de type dirigeable à sustentation auxiliaire" La présente invention concerne les dirigeables et plus particulièrement les dispositifs permettant de mettre ceux-ci en mouvement à la fois dans le sens vertical et dans le sens horizontal. On sait que les dirigeables sont des aéronefs dont la sustentation est assurée notamment par une enveloppe qui est remplie d'un gaz plus léger que l'air, tel que par exemple de l'hélium. Les enveloppes de ces aéronefs supportent une nacelle qui comporte des moyens de propulsion qui sont préférablement constitués par une 1 hélice d'axe longitudinal et horizontal entraînée en rotation par exemple par un moteur à combustion thermique. La vitesse communiquée à l'aéronef dans le plan horizontal permet également, par l'intermédiaire de gouvernes, d'assurer un certain déplacement de celui-ci dans le plan vertical. Cependant, certains dirigeables sont pourvus de plus d'une seconde hélice dont l'axe est sensiblement vertical et dont la rotation permet de contrôler de façon plus efficace le déplacement vertical de l'engin. On a ainsi proposé, dès l'origine de ce type d'engin, d'assurer leur sustentation à l'aide de deux moyens, à savoir une sustentation statique assurée par l'enveloppe remplie d'un gaz plus léger que l'air, et une sustentation dynamique assurée par des hélices d'axe vertical dont la rotation permet de déplacer l'engin soit en montée soit en descente en fonction du sens de rotation de celles-ci ou du réglage de leur pas. Ces moyens de sustentation dynamique se révèlent particulièrement intéressants lorsque l'on souhaite faire décoller ou atterrir le dirigeable sur des surfaces d'atterrissage/décollage relativement réduites. Bien entendu, depuis l'avènement de l'aviation, on a fait appel à des avions ou à des hélicoptères gros porteurs pour déplacer des charges très importantes entre deux sites. On comprend bien entendu qu'il est exceptionnel que la destination définitive de la charge à transporter se situe à proximité de lieux où les gros porteurs ont la possibilité de se poser, si bien qu'habituellement, entre le lieu d'atterrissage et le lieu d'utilisation, on est contraint de faire appel à des engins de transport volumineux qui, parfois, nécessitent de réaliser, préalablement à leur passage, des travaux importants de génie civil. On s'est récemment tourné vers le dirigeable pour réaliser ce type de transport, dans la mesure où les problèmes relatifs au décollage/atterrissage peuvent être plus facilement gérés, ce qui permet de faire atterrir l'objet à transporter à proximité même de son endroit d'utilisation. On comprend, dans ces conditions, que des moyens permettant de contrôler la sustentation de l'engin se révèlent particulièrement intéressants. La présente invention a ainsi pour but de proposer des moyens permettant d'améliorer le contrôle des mouvements de ce type d'aéronefs notamment dans le sens vertical. La présente invention a ainsi pour objet un aéronef de type dirigeable comprenant une enveloppe remplie d'un gaz plus léger que l'air, notamment de l'hélium, qui assure le support d'une nacelle destinée à assurer, au moyen d'une hélice de propulsion à axe horizontal, entraînée par un moteur, son déplacement horizontal, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une hélice de sustentation dont l'axe de rotation est vertical et qui est disposée coaxialement à l'intérieur d'une tuyère d'axe sensiblement vertical ouverte à chacune de ses extrémités, ladite tuyère faisant partie intégrante de la structure de la nacelle. Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement intéressant de l'invention l'axe de rotation de l'hélice de sustentation passera sensiblement par le centre de gravité de l'aéronef. La présente invention permet d'une part d'améliorer la sécurité de fonctionnement de l'hélice de sustentation, et de minimiser le bruit généré par le fonctionnement de celle-ci. Elle est également intéressante dans la mesure où d'une part elle permet de rigidifier la structure de la nacelle et où, d'autre part, elle améliore son esthétique. Préférentiellement la tuyère traversera la nacelle de façon que ses extrémités soient respectivement confondues avec les parties supérieure et inférieure de celle-ci. La partie supérieure de la tuyère sera disposée à une distance de la base de l'enveloppe telle que les filets d'air en sortie de l'hélice de sustentation ne soient que faiblement perturbés par ladite enveloppe. On a constaté que cette distance devait préférentiellement être au moins égale au diamètre de l'hélice de sustentation. De façon intéressante l'aéronef suivant l'invention comportera des moyens d'accouplement et/ou de réglage aptes à exercer de façon indépendante un contrôle des forces exercées par les deux hélices, en jouant sur le pas et la vitesse de celles-ci. L'aéronef pourra comporter des moyens de contrôle tels que la force de sustentation fournie par l'hélice de sustentation représente au moins 5% de la force de sustentation aérostatique de l'enveloppe. Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention les moyens d'entraînement en rotation des hélices de propulsion et de sustentation seront constitués d'un même moteur. Cette variante de mise en oeuvre de l'invention est particulièrement intéressante dans la mesure où, comme on le sait, sur les petits dirigeables, on est contraint pour des raisons de poids, de faire appel à des moteurs légers qui, en l'espèce, ne peuvent être constitués que par des moteurs à fonctionnement deux-temps. Or on sait que ces moteurs deux-temps sont bruyants et, souvent, peu résistants dans le temps. Suivant l'invention, le fait de faire appel à un seul moteur pour entraîner les deux hélices permet, à poids égal, d'utiliser un moteur de type à fonctionnement quatre-temps qui assure un confort de fonctionnement et une réduction de bruit notables. Par ailleurs, en ce qui concerne l'hélice de sustentation, ou hélice à axe vertical, qui est disposée à l'intérieur de la tuyère, on sait qu'elle possède un rendement d'autant plus important que les extrémités de ses pales se déplacent à proximité des bords internes de cette tuyère. L'utilisation d'un moteur quatre-temps, dans la mesure où il permet de minimiser les vibrations en cours de rotation, permet d'approcher l'extrémité des pales de l'hélice au plus près de la tuyère sans que celle-ci ne risque de frotter contre cette dernière au cours de vibrations, ce qui a pour effet d'améliorer le rendement aérodynamique de cette partie du système de propulsion. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue générale en plan d'un aéronef suivant l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe partielle d'une nacelle suspendue à l'enveloppe d'un aéronef suivant l'invention. On a représenté sur les figures 1 et 2 un aéronef de type dirigeable qui comprend une nacelle 1 qui est liée à l'enveloppe 2 de celui-ci, par une série de suspentes 3. Cette nacelle 1 est constituée d'une structure tubulaire, partiellement représentée sur le dessin, qui assure le maintien d'un système de suspension 6 pourvu de roues 7 par lesquelles la nacelle 1 peut venir en contact avec le sol. La nacelle 1 comprend schématiquement trois parties, à savoir un poste avant la, ou habitacle, une partie centrale 1b et une partie arrière lc. Le poste avant la qui comprend des sièges 11 et des moyens de pilotage 13 est préférablement protégé par une bulle transparente 15 en matière de synthèse. La partie arrière 1c de la nacelle 1 comprend un moteur thermique 17 qui est supporté par la structure tubulaire et qui fournit l'énergie à un arbre d'entraînement 19 d'axe horizontal xx'supportant une hélice de propulsion 21 qui est disposée à l'intérieur d'un carénage de protection circulaire 23. La partie centrale 1b de la nacelle, est constituée d'une tuyère tubulaire cylindrique 25 d'axe vertical yy'qui fait partie intégrante de la structure de la nacelle 1 et qui notamment contribue à sa rigidité. Cette tuyère 25 traverse verticalement la nacelle 1 de façon que ses extrémités soient respectivement confondues avec les parties supérieure et inférieure de celle-ci. Au centre de la tuyère 25 est disposé un système mécanique de renvoi qui est relié, par un arbre de transmission 27, au moteur 17, et qui assure l'entraînement en rotation d'un arbre 29 disposé suivant l'axe yy'de la tuyère 25 et qui assure l'entraînement en rotation d'une hélice de sustentation 31. Les pales de cette hélice 31 sont telles que leurs extrémités arrivent à proximité de la surface interne de la tuyère 25, de façon à conférer au système un excellent rendement aérodynamique. L'arbre 27 est pourvu d'un embrayage 28 qui permet de déconnecter le fonctionnement de l'hélice de sustentation 31 lorsque la force de poussée de celle-ci n'est plus nécessaire, notamment lorsque l'aéronef est en régime de palier. Les hélices 21 et 31 seront avantageusement pourvues de commande 24 et 26 permettant d'ajuster respectivement leurs pas respectifs, de façon à doser les efforts relatifs qui leur seront demandés, ce qui permet d'assurer un meilleur contrôle de l'évolution de l'engin. Ainsi le système pourra compenser la puissance fournie par le moteur 17 lorsque l'on entraîne plus ou moins brusquement l'une des deux hélices, et notamment l'hélice de sustentation 31. La présente invention permet d'assurer de façon particulièrement efficace et économique un parfait contrôle des mouvements du dirigeable, que ce soit dans le plan vertical ou dans le plan horizontal. La structure pourra être notamment faite de résine et de fibres composites, ce mode de construction permettant d'intégrer de façon particulièrement efficace la tuyère 25 à la nacelle 1. REVENDICATIONS 1. - Aéronef de type dirigeable comprenant une enveloppe (2) remplie d'un gaz plus léger que l'air, notamment de l'hélium, qui assure le support d'une nacelle (1) destinée à assurer, au moyen d'une hélice de propulsion (21) à axe (xx') horizontal, entraînée par un moteur (17), son déplacement horizontal, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une hélice de sustentation (31) dont l'axe de rotation (yy') est vertical et qui est disposée coaxialement à l'intérieur d'une tuyère (25) d'axe (yy') sensiblement vertical ouverte à chacune de ses extrémités, ladite tuyère faisant partie intégrante de la structure de la nacelle (1). 2.-Aéronef suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe de rotation (yy') de l'hélice de sustentation (31) passe sensiblement par le centre de gravité (G) de l'aéronef. 3.-Aéronef suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens d'entraînement en rotation des hélices de propulsion (21) et de sustentation (31) sont constitués d'un même moteur. 4.-Aéronef suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la tuyère (25) traverse la nacelle (1) de façon que ses extrémités soient respectivement confondues avec les parties supérieure et inférieure de celle-ci. 5.-Aéronef suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'accouplement et/ou de réglage (24,26) aptes à exercer un contrôle des pas des hélices (21,31) et/ou de leurs vitesses de rotation respectives de façon indépendante. 6.-Aéronef suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie supérieure de la tuyère (25) est disposée à une distance de la base de l'enveloppe (2) telle que les filets d'air en sortie de l'hélice de sustentation (31) ne sont que faiblement perturbés par ladite enveloppe (2). 7.-Aéronef suivant la revendication 6 caractérisé en ce que ladite distance est au moins égale au diamètre de l'hélice de sustentation (31). 8.-Aéronef suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la force de sustentation fournie par l'hélice de sustentation (31) est égale à au moins 5% de la force de sustentation aérostatique de l'enveloppe (2).