Brevet FR2850585A1 — publié le 20040806

l NOUVEAU DISPOSITIF DE PORTANCE POUR AERONEFS ET SES APPLICATIONS La présente invention se rapporte au domaine de l'aéronautique et plus particulièrement aux dispositifs pouvant voler à faible vitesse. La présente invention se rapporte plus précisément à un dispositif pour assurer avec stabilité la portance d'un aéronef volant à faible ou très faible vitesse et/ou en vol stationnaire Le dispositif selon l'invention est plus particulièrement rendu optimal pour des aéronefs télécommandés ou téléguidés de faibles ou de très faibles dimensions susceptibles de voler à l'extérieur ou à l'intérieur d'une infrastructure fermée comme par exemple un bâtiment d'habitation, une installation industrielle, un tunnel ou tout autre espace clos. Il pourrait cependant tout aussi bien convenir à des aéronefs de plus grandes dimensions. 15 Les aéronefs télécommandés ne possèdent pas de dispositifs de portance adaptés à des vols à très basse vitesse ou stationnaires, à la fois en extérieur et en intérieur. En effet, le vol en intérieur suppose une très basse vitesse afin de pouvoir éviter les chocs 20 contre les parois du site. Ceci nécessite de diminuer la vitesse tout en évitant le décrochage de l'aéronef en raison de la diminution de la portance. Par ailleurs, la capacité d'évoluer de l'extérieur vers l'intérieur nécessite une phase de vol intermédiaire, stationnaire. Ceci implique la nécessité de placer l'aéronef dans une configuration à forte incidence. Enfin, le vol en extérieur suppose de plus une bonne résistance aux turbulences de l'atmosphère. Pour 25 certaines applications, la discrétion acoustique peut devenir indispensable, ce qui limite la puissance de la propulsion donc place l'aéronef en situation de décrochage. Le dispositif selon l'invention, permet de satisfaire à ces exigences. Le dispositif selon l'invention se caractérise par le fait qu'il comporte en premier lieu un système de portance formé d'un ensemble d'ailes particulières assurant la sustentation et, si nécessaire, en deuxième lieu un ou plusieurs réservoirs contenant un gaz inerte, ininflammable plus léger que l'air et fixé(s) sur ou dans l'aéronef. Selon une caractéristique de l'invention, les ailes doivent assurer la meilleure protection possible face au risque de décrochage à très basse vitesse et face aux turbulences extérieures. Il s'agit selon l'invention, d'ailes implantées à la partie supérieure du fuselage, notamment d'ailes biplan décalées dans le plan horizontal avec un très faible inter-plan vertical. Ainsi placées de cette manière, les deux ailes agissent face à un écoulement d'air à très basse vitesse, comme l'ensemble d'une seule aile unique virtuelle qui respecterait les lois d'optimisation de la portance aérodynamique. En effet, si l'on considère que l'intrados de l'aile antérieure (et également supérieure) et l'extrados de l'aile postérieure (et également inférieure) constituent respectivement l'intrados et l'extrados de l'aile virtuelle, le faible inter-plan permet ainsi une meilleure résistance au décrochage, conformément aux lois de l'aérodynamisme et de ce fait assure un écoulement entre l'intrados et l'extrados de l'aile virtuelle. Cet espace permet un effet de soufflage qui 15 retarde le décollement de la couche limite. Ce principe existe pour des ailes d'avions volant à grande vitesse mais il s'agit de quelques fentes, alors que dans l'aile adaptée aux basses vitesses, il est envisagé une coupure importante sur toute la largeur de l'aile virtuelle. Ce faible inter-plan a également pour effet de limiter l'instabilité de vol à l'extérieur, dans le cas de turbulences. Par ailleurs, la disposition des ailes en biplan décalé dans le plan horizontal permet une plus grande cambrure de l'aile virtuelle et ainsi une meilleure portance. La forme générale et particulière du bord de fuite de l'aile postérieure contribue également à un surcroît de portance grâce à l'augmentation de la cambrure du système alaire. 25 Une forme particulière des ailes selon l'invention, particulièrement adaptée aux faibles vitesses consiste en un dispositif dans lequel les ailes sont surélevées par rapport au fuselage de l'aéronef au moyen de haubans. En fonction des contraintes dues à l'implantation de la charge utile, un écart supérieur dans le plan horizontal peut s'avérer nécessaire entre les deux 30 ailes. De même, l'inter-plan vertical peut être augmenté. Dans ce cas, le défaut d'optimisation de la portance alaire peut être compensé par une disposition adéquate des ballasts de gaz inerte. Afin de limiter la traînée et le décrochage de la couche limite sur les ailes donc ainsi améliorer la portance, il peut s'avérer utile de placer sur les extrados, au moins à proximité des bords d'attaque, des minirides, des mini ondulations ou des mini filaments verticaux. En effet, un déclenchement artificiel de turbulences fournit beaucoup plus d'énergie aux filets proches de l'extrados qu'un échange moléculaire dans une couche limite laminaire. Cette turbulence artificielle réduit la traînée totale par suite du recul du décollement de la couche limite. Le force globale de portance agissant généralement au quart avant du profil, il peut y avoir un intérêt à limiter ces rugosités à proximité des bords d'attaque. 10 Selon l'invention, la première moitié des bords d'attaque des ailes à partir de l'emplanture est légèrement incurvée vers l'avant par rapport à la deuxième moitié des bords d'attaque afin de permettre une différence de flèche à l'emplanture et en bout d'aile, pour améliorer la portance à la fois à l'emplanture et en bout d'aile. Le bord de fuite de l'aile antérieure et aussi supérieure, apparaît approximativement à la verticale du bord d'attaque de l'aile postérieure et inférieure. La surface de l'aile postérieure est supérieure à la surface de l'aile antérieure en raison principalement de la forme de son bord de fuite qui est plus arrondi à partir du bout d'aile et qui est pratiquement parallèle au fuselage 20 à proximité de l'emplanture. Pour l'aile antérieure, le bord de fuite revient vers l'emplanture d'une manière approximative elliptique ovale et régulièrement arrondie. L'aile postérieure est légèrement plus courte que l'aile antérieure. 25 Selon une modalité particulière de l'invention le système de sustentation est formé de deux ailes disposées légèrement décalées dans un plan horizontal et présentant une forme elliptique allongée qui favorise la sustentation. Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce qu'on dispose, si cela est nécessaire, pour augmenter la portance, un ou plusieurs réservoirs d'un gaz inerte plus léger que l'air -et notamment de l'héliumsoit au-dessus de la surface alaire, soit dans la structure de l'aéronef (ailes comprises) soit encore sous le fuselage, éventuellement dans une nacelle inférieure. Ces réservoirs contribuent grâce à l'amélioration de la portance, à diminuer la puissance de propulsion nécessaire. On restreint ainsi en particulier la signature acoustique. Les inconvénients qui pourraient surgir en principe de l'augmentation probable de l'incidence dans ce cas, sont compensés par la configuration adaptée des ailes. En outre, ces réservoirs 5 permettent d'une part, un vol stationnaire par le choix d'une puissance adéquate de la propulsion par un moteur et d'autre part un décollage ou un atterrissage à pente élevée qui sont proches de manoeuvres verticales. Il peut être également avantageux de donner au dispositif selon l'invention, une disposition 10 ovode du type cigare comportant un réservoir de gaz inerte volumineux et le système d'ailes elliptiques selon l'invention sur les cotés. Ces ailes peuvent être au nombre de deux mais elles peuvent tout aussi bien être au nombre de quatre, disposées selon le principe énoncé cidessus. Dans cette configuration -plus particulièrement intéressante pour des vols en extérieur-le rôle des ailes est, lors du passage en vol de l'intérieur à l'extérieur, de limiter par leur masse additionnelle la poussée ascensionnelle des ballasts de gaz et la sensibilité extrême aux rafales de vent. La forme et la disposition adéquates des ailes ainsi qu'une régulation optimale du régime de propulsion permet de contrebalancer les contraintes et les limites imposées par la masse des ailes. On connaissait déjà des ballons gonflés à l'hélium notamment ceux présentés lors de la coupe 25 DRENALYN 2000. Ces ballons gonflés à l'hélium emportent une nacelle fragile qui supporte deux hélices de propulsion et une hélice d'altitude entraînée par des micro-servomoteurs que l'on peut démonter de manière à les alléger. Le principe de ces ballons est de les lester pour qu'ils descendent lentement sans courir le 30 risque qu'ils n'aillent se coller au plafond d'un espace clos et à les faire remonter à volonté par simple lancer. Ces ballons ne sont en rien maniable, leur vitesse ne peut être modulée et surtout ils sont totalement inadaptés au vol extérieur. Aucun minidirigeable actuel volant en intérieur n'est capable de voler en extérieur. L'objet de l'invention consiste donc à apporter une solution satisfaisante à ces problèmes de sustentation permettant un vol extérieur. L'invention peut encore être définie par des modes particuliers de réalisation dans lesquels 5 l'emplacement et le volume des ailes dépendent des caractéristiques du profil de vol souhaité ainsi que du poids et de la disposition de la charge utile. Les réservoirs d'hélium sont placés à l'intérieur et/ou au-dessous du fuselage en un endroit qui dépend de la répartition de la charge utile. Ils peuvent se fixer au-dessus des ailes. En outre, 10 ces réservoirs peuvent être placés sous le fuselage (une forme aplatie dans la partie inférieure contribue à la portance) ou entre le fuselage et les haubans s'ils existent. Le remplissage des réservoirs peut être télécommandé à distance à partir d'un mini réservoir d'hélium intégré dans la structure et qui pourrait être éjecté ultérieurement en cas de besoin. Cette dernière configuration donne la possibilité d'évolution du milieu aquatique vers l'atmosphère, dans le 15 cas d'un hydravion. Un largage à moyenne voire à haute altitude est possible, les ballasts de gaz ne compensant, après éventuellement une première phase de descente sous parachute, qu'une partie du poids pour une descente ralentie jusqu'à proximité du sol. La mise en route télécommandée de la propulsion de l'avion assure la stabilisation du vol en palier en phase finale. Commodément le gaz inerte pourra être stocké dans la structure de l'aéronef et plus 20 particulièrement dans d'éventuels flotteurs. L'enveloppe du (ou des) réservoirs peut être transparente afin de la rendre moins visible et réalisée à l'aide d'un tissu en chlorure de polyvinyle ou en polyester par exemple, ou d'un matériau de toute autre nature transparente. Dans le cas d'hydravions ou d'avions portant comme train d'atterrissage des skis ou des flotteurs, on peut disposer un ou des réservoirs de gaz inerte comme l'hélium, dans les flotteurs et mêmes sur les skis. Les dimensions de l'aéronefs télécommandé peuvent être très variables, allant de 1 à 20 cm de long et de 5 à 50 cm d'envergure. La taille préférée d'un tel aéronef est calculée de telle sorte qu'un engin de ce type puisse pénétrer ou sortir par une fenêtre. Il est évident qu'on peut réaliser des dispositifs microscopiques ou aussi des engins de plus grand format qui seraient éventuellement pilotés, l'invention étant optimisée pour tout vol o la stabilité à basse et très basse vitesse reste une caractéristique essentielle. Les aéronefs selon l'invention, comportent un système propulsif qui peut être un moteur à 5 explosion à deux temps ou à quatre temps, un moteur électrique alimenté par des piles, des panneaux solaires, des piles à combustible ou encore des batteries métal/air comme les piles au lithium, au sodium ou au zinc. Les piles zinc/air sont particulièrement adaptées aux miniaéronefs. En effet dans ce type de batterie l'air constitue la cathode et ainsi permet une fabrication sous une forme extra plate avec un rendement énergétique important. Cette pile 10 peut ainsi constituer la structure de l'aéronef et, de manière préférentielle, la structure des ailes. La pile contribue de cette manière à la portance de l'aéronef. La sustentation est assurée en partie par le ou les réservoirs de gaz inerte. Un pourcentage approprié est de 40 % de l'ensemble de sustentation. Il peut évidemment varier dans de 15 grandes proportions. Les aéronefs selon l'invention, grâce à leur vitesse très réduite trouvent de nombreux emplois dans le domaine de la Défense et de la Protection Civile, pour la surveillance des cultures, pour la surveillance du domaine maritime, pour les recherches archéologiques, pour 20 l'inspection des ouvrages et d'art, des monuments et des constructions publiques. Ils peuvent trouver une application dans le domaine commercial et publicitaire, voire dans l'industrie du jouet. A cette fin, ils sont équipés de senseurs ou d'émetteurs à large bande (optique, acoustique, 25 électromagnétiques ou infra rouge), de dispositifs d'alarme ou de moyens de défense. Ils peuvent servir de relais de télécommunications. Ils peuvent être lancés de bateaux ou de sousmarins. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente une coupe de profil des ailes 30 et deux exemples d'implantation des réservoirs d'hélium sur l'aéronef, objet de l'invention. La figure lA représente un type d'avion comportant un dispositif de propulsion (1), un fuselage d'avion (2), deux ailes elliptiques (3) (3') placées à la partie supérieure (4) du fuselage (2) ainsi que deux réservoirs au moins, de gaz inerte (5) (6) et/ou (7). 7 2850585 Le gaz inerte -en l'occurrence de l'hélium- est placé dans un réservoir placé au-dessus (5) de l'aéronef et/ou en dessous du fuselage (6) et/ou à l'intérieur du fuselage (éventuellement à l'intérieur des ailes) (7) selon les besoins et la distance à parcourir. Un ou plusieurs de ces ballons sont remplis et mis en place sur la partie qui vole de ces avions. La figure lB fournit une représentation schématique du dispositif selon l'invention o les deux ailes (3) (3') sont placées au-dessus du fuselage (2) maintenu par des haubans, le ballon de gaz inerte (5) est disposé à la partie supérieure de l'aéronef ou en dessous (6) de l'aéronef et 10 éventuellement à l'intérieur (7) du fuselage (2). L'aéronef est dirigé par un dispositif de propulsion (1) placé de façon préférentielle à l'avant. La figure 2 montre une vue par dessus de l'aile antérieure (3) (figure 2A) et une vue par dessus de l'aile postérieure (3') (figure 2B) avec l'emplacement de l'emplanture (8) et (8') 15 précisant le point de fixation de l'aile considérée, sur la structure de l'aéronef. Le bord d'attaque des ailes antérieures (3) et postérieures (3') présente approximativement en sa moitié supérieure une inflexion (12) et (12') qui place la moitié du bord d'attaque (11) et (Il'), proche de l'emplanture (8), légèrement en avant par rapport à la deuxième moitié (13) 20 ou (13') créant une discontinuité de la forme elliptique du bord d'attaque. Le bord de fuite (14) de l'aile antérieure (3) revient vers l'emplanture (8) d'une manière elliptique. Le bord de fuite (14') de l'aile postérieure revient vers l'emplanture (8') sous une forme elliptique après une inflexion (9) au milieu du bord de fuite pour revenir sous une forme très ovale vers l'emplanture (8'). Le bord de fuite rejoint l'emplanture (8') après un profil final (10) parallèle au fuselage (2). REVENDICATIONS 1. Dispositif de portance pour aéronefs assurant la portance à basse ou très basse vitesse d'un aéronef télécommandé ou téléguidé de faibles dimensions, caractérisé en ce que 5 celui-ci comporte des ailes et un ou des réservoirs remplis d'un gaz plus léger que l'air disposé sur ou dans l'aéronef. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailes sont des ailes bi-plan décalées dans le plan horizontal avec un très faible interplan vertical. 10 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les ailes sont implantées à la partie supérieure (4) du fuselage. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que dans le 15 système d'ailes bi-plan le bord de fuite de l'aile antérieure et supérieure (3), est approximativement vertical par rapport au bord d'attaque de l'aile postérieure et inférieure (3'). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première 20 moitié des bords d'attaque des ailes (11) et (11') à partir de l'emplanture (8) est légèrement incurvée vers l'avant par rapport à la deuxième moitié (13) et (13') du bord d'attaque avec un point d'inflexion (12) et (12'). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface 25 de l'aile postérieure (3') est supérieure à la surface de l'aile antérieure (3) et en ce que la forme de son bord de fuite elliptique plus ovale à partir du bout d'aile avec une inflexion (9) est pratiquement parallèle au fuselage à proximité de l'emplanture (8'). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'aile 30 antérieure (3) présente un bord de fuite qui revient vers l'emplanture (8) d'une manière elliptique régulière. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'aile postérieure (3') est légèrement plus courte que l'aile antérieure (3). 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que des minirides, des miniondulations ou des mini-filaments verticaux sont placés sur les extrados, au moins à proximité des bords d'attaque. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les réservoirs sont disposés sous le fuselage ou dans le fuselage ou audessus des ailes. 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les réservoirs sont disposés dans tout endroit resté vacant à l'intérieur de la structure de l'aéronef, en particulier 10 dans les ailes. 12. Dispositif selon la revendication 1, comportant un système propulsif formé d'un moteur à explosion ou d'un moteur électrique alimenté par des piles, des panneaux solaires, de piles à combustible ou des batteries. 15 13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le système d'alimentation en énergie électrique est une pile zinc/air extra plate constituant la structure de l'aéronef et préférentiellement celle des ailes. 14. Utilisation du dispositif selon la revendication 1, pour la surveillance des cultures, du domaine maritime, pour les recherches archéologiques, pour l'inspection des ouvrages d'art, des bâtiments et des constructions publiques pour les domaines de la Défense, de la Sécurité et Protection Civile, dans le domaine des activités commerciales et publicitaires et des jeux.