Brevet FR2830839A1 — publié le 20030418

AERONEF A DECOLLAGE ET ATTERISSAGE VERTICAL La présente invention a pour objet un aéronef à décollage et atterrissage vertical, susceptible 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 se substituer à l'hélicoptère tout en améliorant les qualités intrinsèques de ce dernier. Un objet de la présente invention est en conséquence 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 celles de la queue tourne à gauche, l'énergie étant transmise par la centrale hydraulique actionnée par un moteur 2 temps diesel (turbine), 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 en vol vertical placé horizontalement. 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. L'on obtient ce résultat du fait que l'hélicoptère en vol vertical se maintient en l'air grâce à la rotation de ces pâles ; ce qui nécéssite beaucoup d'énergie alors qu'un aéronef se maintient en l'air grâce à la surface portante de sa voilure. Cette économie d'énergie sera accentuée grâce à l'emploi d'un moteur diesel deux temps qui allie la légèreté, la sobriété et l'endurance. L'emploi de carburant diesel choisi pour son prix de revient minimum et le rapport d'énergie poids = le carburant diesel procure plus d'énergie à volume et poids égal que d'autre carburant. Grâce à ces dispositions, le rayon d'action de cet appareil est multiplier plusieurs fois comparé à l'emploi d'un hélicoptère. 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, 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. 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 entraînée par un moteur 2 temps diesel ou turbine 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 la structure de cet aéroplane est composé de carbone ou alliage léger (aluminium) planche 1/6. Les hélices sont en bout d'ailes et en queue de l'appareil. Elles sont disposées de façon à ce qu'en décollage vertical l'air aspire par le haut et refoulé vers le bas ne trouve pas en face des structures d'aile ou pour ne pas gêner le flux d'air. Afin d'offrir une grande surface d'aile portante (voilage) il y aura deux ailes superposé planche 3/6 celle qui est dessous est plus petite toujours dans le but de ne pas gêner le flux d'air et sont relie entre elles par une entretoise afin de consolider l'aile du haut qui supporte l'hélice. Les aillerons arrières et gouvernail sont aussi disposés en avant de l'hélice arrière toujours pour ne pas gêner le flux air au décollage. La structure est construite afin d'équilibrer le poids de l'appareil sur chaque hélice qui seront de même dimensions. La propulsion de l'appareil est composé d'un moteur central (turbine ou deux temps de mon autre invention) placé au centre. La centrale de commande hydraulique est associée à des moyens de régulation des pressions d'huile au niveau des moteurs individuels actionnant les hélices ; niveau électrique des moyens support d'atterrissage sont également prevus. Le patin entouré d'une enveloppe gonflage, qui à l'état non gonflé recouvre les dits patins et sont susceptibles d'être gonflés à proximité de l'aire d'atterrissage que celle-ci soit constituée, 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 planche 5/6 ou vis sans fin entraînée par un moteur électrique - 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 planche 1/6 est une vue de dessus de l'aéronef selon la présente invention ; La planche 2/6 est une vue latérale schématique de l'aéronef de planche 1/6 ; la planche 3/6 est une vue de face. La figure 3A planche 4/6 est une vue latérale d'un élément de train d'atterrissage, en position vol, de l'aéronef selon l'invention ; La figure 3B planche 4/6 est une vue en coupe transversale ; la figure 4A planche 4/6 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 planche 4/6 est une vue en coupe transversale de l'élément d'atterrissage de la figure 4A ; La planche 5/6 est un schéma illustrant les différents organes de fonctionnement de l'aéronef de la présente invention. La planche 6/6 est un schéma montrant le système de basculement des hélices système de vérin à huile. Comme représente sur planche 1/6 et planche 2/6, l'aéronef selon la présente invention est constitué d'une carlingue à l'arrière de laquelle est montée une hélice Hl sur un montant perpendiculaire au fuselage et montée une structure support sur laquelle sont montées à pivotement deux hélices symétriquement disposées H2 et H3 est montée perpendiculairement à l'axe longitudinal de la carlingue A. Les hélices H2 et H3 tournent respectivement dans le même sens selon les flèches f2 et f3 tandis que l'hélice Hl tourne en sens contraire selon la flèche fl sur un longeron sous l'appareil. Sur la planche 2/6 sont représentées en vue latérale les hélices Hl 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 planche 2/6 sont également représentés les dispositifs d'atterrissage B, le gouvernail arrière G, Sur planche 4/6 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, deux patins sous la carlingue sont recouverts 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 patins. Comme représenté sur les figures 4A et 4B en position d'atterrissage, amerrissage ou anti-crash, l'enveloppe est gonflée préalablement à ces manoeuvres par un groupe pneumatique, par exemple un compresseur électrique ou bien associé à un système airbag. 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. Pour manoeuvrer l'appareil sur un plan d'eau, on mettra les 3 hélices à la verticale par avance et pour virer d'un bord ou l'autre on stoppera soit l'hélice H2 ou Hl. Pour décoller, il suffira de s'élancer à grande vitesse comme sur une piste d'envol. planche 5/6 le moteur deux temps ou turbine T 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 Hl. Une vanne de commande 3 générale et trois vanne 5a 5c 5b ferme l'alimentation des des moteurs 2a, 2b, et 2c. Des régulateurs de stabilité (niveau électrique) 4a 4c 4b destinés respectivement à controler la marche des moteurs hydrauliques 2a 2b 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 anti-retour 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 : . lere option : Dans cette lere option sera rechercher le souci d'économie. Dans cette option, une boite à 3 vitesses peut être ajoutée par but d'économie de carburant. 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 planche 1/6 en trait continu. Dans cette lere option sera rechercher le souci d'économie de fabrication car les 3 hélices présentes sont identiques (fabrication en série) et de construction peu onéreuse. Dans cette option, une boite à 3 vitesses peut être ajoutée par but d'économie de carburant. En deuxième lieu, il conviendra d'ouvrir la vanne hydraulique 3 et 5a 5c 5b de façon progressive afin d actionner les trois moteurs 2a, 2b, 2c entraînant les hélices H2, H3, Hl, 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 niveaux électriques 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 même su le poids est mal réparti dans l'appareil. La stabilité latérale est assurée soit par une orientation spécifique de l'hélice Hl, à la façon de l'hélice anti-couple d'un hélicoptère, cette hélice Hl pouvant être actionnée dans les deux sens. 2éme option : le moteur étant en pleine puissance, la vanne hydraulique 3 étant ouverte ainsi que les vannes 5a 5c 5b. Toute la vitesse étant donnée des hélices maximums de tours minute, celle ci étant pourvue de pas variable, il suffira pour faire décoller verticalement l'appareil d'ouvrir les pas variables. La stabilité étant assurée par le niveau électronique qui ouvre plus ou moins selon besoin l'ouverture du pas de chaques hélices selon comme est répartie le poids sur l'appareil. Dans cette option la construction des hélices est plus chère mais elle permet d'adapter l'ouverture du pas des hélices pendant le vol horizontal afin de rechercher l'économie de carburant et le réglage de la vitesse. 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 planche 2/6. Il est clair que les hélices, notamment l'hélice Hl 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, Hl en position horizontale, comme sur la planche 2/6, 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 Hl 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 Hl vers l'avant pour avancer et vers l'arrière pour reculer. Pour que l'aéronef selon l'invention soit stable horizontalement, au décollage et à l'atterrissage, les trois hélices Hl, H2 et H3, doivent être équilibrées. 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 niveau électronique 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. Dans le cas 2 eme option, le niveau électrique commandera l'ouverture du pas d'hélice. Il sera prévu un moteur électro hydraulique qui a un débit de pompe hydraulique identique. En cas d'arrêt moteur ou panne mécanique, l'appareil planera. En effet, les fonctions de navigation assurées par le moteur électro-hydraulique permet 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 Hl, H2 et H3 seront automatiquement entraînées par l'air (en sens inverse du décollage) I 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, et de façon plus fiable grâce au système anti- crash. Le système 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. L'équilibre avant arrière et droite gauche est toujours assuré quel que soit le chargement de l'appareil ou eletreillage. Le niveau électrique qui joue sur les hélices soit en vitesse lere option ou soit sur l'ouverture du pas 2eme option assure le résultat. REVENDICATIONS I) Aéronef à décollage et atterrissage vertical de type à carlingue caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois hélices orientables (Hl H2 H3) disposées en triangle, deux d'entre elles (H2 et H3) étant montées orientable sur sa structure support 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) actionnées par une centrale hydraulique 2 actionnée par : soit un moteur deux temps diesel déposé le 24 novembre 2000 ou une turbine classique. 2) Aéronef selon revendication 1 caractérisé en ce que la structure est constituée d'un assemblage de profilé creux caréné et rigidifié par les moyens de tension. La voilure est constituée de deux ailes superposées dont celle inférieur plus petite, les deux sont reliées en bout par une entretoise. Les hélices étant placées en bout sont disposées afin que leur rayon d'action en décollage et atterrissage ne tourne pas dessus de la voilure des ailes. 3) Aéronef selon revendication 1 caractérisé en ce que la centrale de commande hydraulique est associé : lere option des moyens de régulation de pression 4a 4b 4c destinées à contrôler la pression d'huile au niveau des moteurs individuels (2a 2b 2c) actionnant respectivement les hélices (H2 H3 H4) afin d'assurer la stabilité de l'appareil au moment du décollage atterrissage ; 2eme option ; au choix pour assurer la stabilité de l'appareil au moment décollage et atterrissage, la pression d'huile sera maintenue pleine pression, la régulation sera assurée par l'inclinaison du pas des hélices commandées par les moyens de régulation (4a 4c 4b). 4) Aéronef selon la revendication 1, en ce que sont prévus les moyens support au décollage et atterrissage, ces moyens étant constitués d'enveloppes et chambre à air gonflable qui à l'état gonflé enveloppe le patin d'atterrissage placé sous la carlingue au centre de l'appareil et se gonfle à proximité d'un terrain dur, souple, boueux ou plan d'eau. 5) Aéronef selon revendication 1 caractérisé en ce qu'est prévu une centrale pneumatique actionnée par moyen électrique est destiné au gonflage des enveloppes pneumatiques ou réserve système de gonflage (airbag). 6) Aéronef selon revendication 1 caractérisé en ce qu'est prévu un système de retour de liquide propulseur au niveau de récipient de réserve (R). 7) Aéronef selon revendication 1 caractérisé en ce qu'est prévu un dispositif d'alimentation de système de vérin (5) destiné à l'orientation des hélices. 8) Aéronef selon revendication 1 caractérisé en ce qu'est prévu un système de vérin hydraulique destiné à conférer aux hélices avant (H2 H3) et arrière (Hl) une inclinaison déterminée ; option : le système vérin d'orientation des hélices peut être remplacé par le montage d'un moteur électrique tournant dans les deux sens disposés à la place du vérin hydraulique entraînant une vis sans fin remplaçant ainsi l'axe piston du vérin. 9) Aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'est prévu un moteur auxiliaire électro-hydraulique qui permet la manoeuvre de l'inclinaison des hélices et la manoeuvre des fonctions de l'appareil en cas de panne du moteur central ou autre. S'il est monté le système moteur à deux-sens plus vis sans fin, revendication 8 option 2, seul les accumulateurs suffiront (ces procédés sont prévus) pour permettre d'orienter les trois hélices (Hl H2 H3) en position atterrissage ou décollage. Cette position en cas de panne générale permettra à l'appareil d'atterrir sans crash vu que leurs positions cidessus de ces hélices s'ils ne sont plus alimentés hydrauliquement. La pression de l'air provoqué par la descente de l'appareil fera tourner les hélices sens inverse freinant ainsi l'appareil (système graines de tilleul ou de pin) dont atterrissage ralenti sera amorti par les patins gonflés au préalable.