Brevet FR2856378A1 — publié le 20041224

GYROPTERE A SECURITE RENFORCEE. Les gyroptères sont des anciens concepts. Dans la famille des gyroptères, il existe maintenant dans le 5 domaine publique, celui des voilures tournantes contrarotatives coaxiales, avec en particulier celui de deux rotors couronnes tournantes en sens inverse autour d'une nacelle soit en version drone, soit en version nacelle habitée, Il existe également dans le 10 domaine publique le procédé du pilotage de la machine par la commande de l'incidence des pales par un rotor de commande ou par des anneaux de commandes. Citons entre autres les brevets dont les deux derniers sont actifs: RONTEIX N 1.082.009 du 19 mai 1953 FR SPERRY N 597082 du 10 août 1944 USA BAKEWELL N 2740595 du 3 avril 1956 USA. ROGER DURAND N 0 215 719 du 7 mai 1985 EUR DANIEL PAUCHARD N FR86/00330 du 27 septembre 1985 CYCON N 0457 710 A3 du 18mai 1990 EUR DANIEL PAUCHARD N FR01/00149 du 20 janvier 2000 FR Pour réussir l'éclosion d'une industrie sur ces concepts ils faut que l'ensemble de la conception ne 25 conduise pas à une machine trop lourde, trop compliquée, et surtout avec des problèmes de vibrations incompatibles avec le contrôle de la machine notamment par les gyroscopes et des problèmes de dangerosité pour les personnes, l'usage et 30 l'environnement, incompatibles avec les exigences de sécurité actuelles. La présente invention ici décrite tient compte de l'ensemble des forces en jeu, elle ne conduit pas à une fabrication lourde, chère, avec de nombreux 35 galets radiaux soumis à des charges, décharges, donc siège de vibrations, et qui ripent sur la couronne enchérissant la maintenance et qui obligent un capot de protection plus haut, réduisant la visibilité du pilote et passagers. Les problèmes de vibrations viennent des charges et 5 décharges du fait que les pièces en rotation sont déformées car soumises à des forces centrifuges et aérauliques importantes, le système ici proposé permet de prendre en compte les forces centrifuges et aérauliques en disposant de contacts, roulants, 10 glissants, flottants par air ou par force électromagnétique, couronne / nacelle organisés de telle manière que non seulement les forces axiales centrifuges soient compensées mais qu'aussi les forces radiales de portance ne soient pas le siège de 15 charges et décharges, que de plus en ces points géographiques des couronnes le transfert d'énergie électrique depuis la nacelle puissent être réalisé sans usure anormale des liaisons du fait de vibrations, ce qui offre de nouvelles possibilités de 20 commandes du pas des pales entre autre décrite plus loin. Pour cela ici, le système de sustentation (5)entre les couronnes (2) et les anneaux de structure supérieur (3) inférieur (4) de la nacelle (6) tant 25 pour les forces radiales qu'axiales est situé sur les couronnes selon une géométrie équidistante entre chaque pale. Les tensions dues aux forces centrifuges des pales en mouvement, se compensent au niveau de ces contacts avec une composante axiale assurant la 30 fermeté du contact, le choix des matériaux composites de la couronne participe à la maîtrise optimisée de ces tensions. Plus le nombre de pales est élevé, plus le phénomène est maîtrisable économiquement, et plus la charge à 35 la pale est faible, plus le rendement rotorique est grand, de plus un nombre impair de pales est plus judicieux pour la maîtrise des résonances vibratoires, les calculs aérodynamiques privilégient trois à cinq pales par rotor, ceci est fonction de la dimension de la machine et des missions attendues. La machine est constituée d'un nombre pair d'anneaux de structure dont la forme permet à des dispositifs, ici représenté par trois galets (5) dont deux supérieurs pour les forces de portance et un inférieur pour porter le poids des rotors à l'arrêt, 10 situés sur les couronnes(2)intercalés et équidistants aux pales, de transmettre les forces en jeu, dans une conception avantageuse tant sur le coût de fabrication des pièces, de l'assemblage, que sur celui de la maintenance, ces anneaux sont exécutés 15 (3) (4) en deux parties, seule la partie supérieure (3) serait à changer après de nombreuses heures de fonctionnement. Dans le cas d'entraînement des couronnes en contra rotation par une roue conique (7), et pour assurer le 20 contact roue conique couronne, le plan de rotation des rotors (8) est légèrement plus haut que le plan (9) des anneaux de structure correspondants, ce qui conduit à avoir un moment du fait de la force centrifuge des pales, venant en opposition du moment 25 dû au contact à la roue conique d'entraînement. Dans une conception plus avantageuse et équilibrée, ceci n'est plus nécessaire du fait de la mise en rotation directe des couronnes par des moteurs électriques sans balai, o les aimants sont sur la 30 couronne et le bobinage sur la nacelle, le couplage de vitesse est réglé électroniquement, ce système permet une réduction de vitesse par le choix du nombre des aimants et celui des bobinages augmentant d'autant le rendement global, de plus le centre de la 35 nacelle est entièrement libéré, ce qui permet autant un accès supérieur, qu'inférieur riche de facilités et de sécurités. Du fait de cette disposition, il est possible d'alimenter en énergie des servomoteurs, six dans le 5 cas d'un double rotor tripales, situés sur les couronnes, et agissant directement sur le contrôle du pas des pales, simplifiant d'autant le mécanisme, et transférant la masse sur les couronnes, source d'énergie en réserve pour les besoins du vol en 10 autorotation. Dans une disposition plus classique ces servomoteurs (10) agissent chacun sur un patin (11) selon l'axe vertical, ils commandent ainsi la position dans l'espace des deux anneaux de commande (12) (13) 15 associés aux leviers (14) des manchons des pales correspondantes, ces six servomoteurs commandent par biellettes (19) le déplacement vertical de deux patins (20b) situés dans l'exemple dessiné sur un même rail (20) eux même disposés à 120 sur la 20 nacelle, les anneaux sont pilotés dans l'exemple présenté comme un rotor d'hélicoptère en trois points (15) (16) (17), quatre points serait bancale et source de vibrations inutiles. L'avantage prépondérant de ces servomoteurs indépendants est qu'ils sont facilement électriquement couplables et ainsi permettent d'obtenir plus de sécurité par des nouvelles possibilité de vol de lacet/ tangage, roulis. Dans la disposition ici représentée, ces patins 30 supportent chacun élastiquement par un ressort (18) par exemple un dispositif comparable à celui de la structure portante (21), agissant ainsi sur le positionnement des anneaux dans l'espace et donc sur le pas de chaque pale. Ce dispositif de commande par ces servomoteurs associables fonctions du besoin, permet tout aussi bien d'être destinés aux maquettes de modélisme télécommandées, drones télécommandés, télé pilotés ou autonomes ou machine pilotée ou avec assistance de pilotage automatique de toutes dimensions en 5 intégrant la possibilité d'assistance au pilotage pour plus de sécurité, la machine capable de vol autonome peut être tout simplement commandé (haut, bas, droite, gauche etc.). Quelque soit l'usage modélisme, drone ou piloté, la dangerosité des pales est à prendre en compte, aussi la structure (22) doit répondre également à cet objectif aussi l'invention comporte également un dispositif à ce sujet: Le carénage (23)d'hélices ou de voilures tournantes fait partie de l'état de l'art pour l'amélioration propulsive. Des gains sont obtenus sur le bruit et le rendement, à évaluer avec l'inconvénient de surcharge pondérale. Le cas de machines volantes équipées de ces 20 dispositifs comme outils de sustentation par le contrôle différentiel des flux avec action uniquement sur la vitesse des rotors présente trop d'inertie, aussi le dispositif par le contrôle de l'incidence des pales reste le plus approprié. Les gyroptères à rotors contrarotatifs coaxiaux sans axe, sur couronne tournante autour d'une nacelle constituant l'habitacle, et avec une commande adaptée de l'incidence des pales, présentes les avantages de stabilité, de faible Cx, et de compacité en rapport 30 avec une surface rotorique maximum. Ces gyroptères n'ont pas de queue pourvue de rotor anti-couple, le pilotage est libre sur 360 , le centre de gravité est généralement sur l'axe central vertical et est situé à 1/3 au-dessus du plan de rotor bas, il est 35 aisément réglable, cette adaptabilité est aussi un gain de sécurité. La sécurité et le respect de l'environnement notamment en ce qui concerne les nuisances sonores et les gains de consommation d'énergie d'origine fossile sont devenus des critères importants. Pour y répondre l'invention propose un jeu d'enveloppes multifonctions(26) (25)(24)(23) avec des options d'accessoires utilisés en fonction des missions à réaliser, notamment pour équiper les gyroptères ci avant décrits. La fonction première est la sécurité des personnes, aussi de préférence l'enveloppe est constituée d'un grillage (27) répondant au doigt d'épreuve. Les personnes, l'environnement et la machine doivent être protégés des pales en rotation. Ceci facilitera 15 d'autant plus les autorisations de vol en lieu public et la protection de la mission en milieu encombré et perturbé. Du fait entre autre de l'énergie cinétique emmagasinée, la dangerosité des pales tournantes est 20 alors contrôlée. Les accidents ont très souvent lieu plus à l'atterrissage qu'au décollage, et en vol l'évitement physique d'obstacles( câbles, antennes, végétation, bâtiment, objet volant) , notamment les 25 câbles qui ne sont pas toujours détectables que ce soit par l'oeil humain que par des sonars, constitue un important gain de sécurité . Cette protection participera à la possibilité pour des personnes moins formées aux règles de sécurité de 30 piloter (radiocommande ou télé pilotage de maquette, ou pilotage directe) Ce type de machine peut être équipé de parachute, aussi cette enveloppe participe à un atterrissage moins dur, il est possible sur certaine version de 35 les équiper de structure gonflable, anti-choc comme anti-immersion. Cet habillage, réalisable en matériaux composite n' influe que très peu sur les flux d' air, il constitue une surcharge pondérale raisonnable surtout si le principe du rayonnage d' une roue de cycle est 5 adopté pour solidifier l'armature (28), et que la partie inférieure est utilisée en tant qu'atterrisseur (29) tout terrain. Ce type de machine à voilures contrarotatives, par conception maîtrise les déséquilibres pendulaires 10 auto accélérés surtout sensible lorsque qu'une charge en mouvement est portée sur élingue, aussi une machine pourvue d'une enveloppe atterrisseur et d'un treuil avec projection d'une fixation d'élingue peut exécuter des atterrissages acrobatiques en sécurité, 15 en douceur, par exemple sur forte pente, surface glissante, glacier, surface ventée, toit de bâtiment, aire réduite en entonnoir, navire en mouvement, le décollage peut être assuré de la même manière par libération automatique de l'élingue, ou que l'on 20 utilise le noeud automatiquement ouvert. Les matériaux composites actuels permettent des réalisations économiques, légères et très résistantes. Les nouveaux matériaux utilisant les nanotechnologies sont très prometteurs pour des 25 solutions encore plus performantes. La forme lenticulaire plus ou moins aplatie, présentée à titre d'exemple, elle peut être symétrique ou dissymétrique, et permet de nombreux profil de vol fonction des missions attendues et elle 30 permet aussi de conserver les qualité de vol multidirectionnel de la machine. Cet habillage permet la mise en place optionnelle d'un carénage (23) aux avantages ci avant décrits, 35 tout en lui conférant une forme aérodynamique afin qu'il contribue à plus de portance dans le vol en translation. Cet habillage permet l'utilisation du principe des condensateurs asymétriques qui permet de traiter l'air pour améliorer son action sur la pale. Cet habillage peut être transformé entre autre par de petites plaques(30) approximativement triangulaires pivotantes librement sur une ossature triangulaire en disque volant à vol multidirectionnel, ou forme aile entre autre delta pour les grandes vitesses en translation à faible consommation d'énergie surtout si en plus on y associe les techniques des condensateurs asymétriques. Cet habillage peut être équipé de voiles ( 31) 15 facilitant décollage et atterrissage sur sol mouvant, sable, plan d'eau, marais, et une utilisation en hydroglisseur. La dangerosité des pales ou hélices en mouvement n'est que très partiellement traitée par les 20 inventeurs d'aéronef à voilure tournante, or la sécurité est devenue une fonction incontournable, elle présente différent niveau d'exigence selon l'usage de la machine: très petite à très grande; machine en vol autonome, télé pilotée, télécommandée, 25 pilotée; vol en milieu perturbé et ou encombré, et ou avec atterrissage, décollage difficiles; travail en stationnaire, ou géostationnaire, ou travail en translation grande vitesse. REVENDICATIONS 1. Gyroptère à voilures tournantes contrarotatives coaxiales, avec en particulier celui 5 de deux rotors couronnes(2,1 figure 1,2,3) tournantes en sens inverse autour d'une nacelle (6), et équipé du procédé du pilotage de la machine par la commande de l'incidence des pales par exemple par des anneaux de commande, caractérisée en ce qu'est créée une enveloppe protectrice (27 figures 1,5,6) au doigt d'épreuve (par exemple, démontable ou pas), sur aéronef à voilure tournante, caractérisée en ce que cette enveloppe soit à 15 contournement d'obstacles par sa forme ellipsoïde ou ellipsoïde aplatie dessous et ou dessus par exemple, 2. Gyroptère selon revendication 1, caractérisée en ce qu'elle puisse porter des capteurs (optique, sonar ou autre), et des émetteurs hors du flux 20 principal et qu'elle puisse faire office d'antenne, ou support d'antenne. 3. Gyroptère selon revendication 1, caractérisée en ce que l'espace nacelle autant supérieur, qu'inférieur, hors du flux principal vertical soit 25 libre, notamment pour la prise d'image et,ou pour les transmissions, micro, haut parleur, des bras robot de fixation, transport, ou actions diverses, 4. Gyroptère selon revendication 1, caractérisée en ce que cette enveloppe (partie 29 figure 6)soit 30 l'élément principal de la fonction atterrissage tout terrain, décollage, voire en option accostage supérieur sans perte du flux de froude avec pare choc multi direction, 5. Gyroptère selon revendication 1, caractérisée 35 en ce que la fonction pare choc horizontal soit assurée par, entre autre, l'adoption pour la structure du principe des rayonnages des cycles ( par exemple 28 figure 1, 5, 6), et ou l'adoption du principe de la structure du parapluie, 6. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé 5 en ce que la fonction carénage puisse être facilement adaptée et que la forme (par exemple 23 figure 5,6) du carénage dans l'enveloppe participe à améliorer la pénétration dans l'air, et contribue à la portance de la machine dans le vol en translation, 7. Gyroptère selon revendication 1 caractérisée en ce que cette enveloppe, munie optionnellement de volets (ailettes par exemple 30 figure 5, 6) puisse être transformable en une grande aile volante et contribue ainsi à un accroissement de portance 15 économique dans le cas de vol en translation, 8. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé en ce que cette enveloppe permette l'utilisation du principe des condensateurs asymétriques pour un meilleur résultat aérodynamique, que ce soit au 20 niveau des pales, qu'au niveau de l'enveloppe tout entière, la transmission sans fil directionnelle pouvant être protégée dans les espaces libres audessus et en dessous de la nacelle, et,ou, une fréquence adaptée, 9. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé en ce que le système de sustentation (par exemple 5 figure 2 et 2 coupe) entre les couronnes et la nacelle tant pour les forces radiales qu'axiales soit situé sur les couronnes selon une géométrie 30 équidistante entre chaque pale. La machine est constituée dans l'exemple présenté figure 2 d'un nombre pair d'anneaux de structure (3 et 4 figures 2,3) dont la forme permet à des dispositifs de sustentation( 5 figures 2, 3), ici représenté, pour 35 exemple, par trois galets dont deux supérieurs pour les forces de portance et un inférieur pour porter le Il poids des rotors à l'arrêt, situés sur les couronnes intercalés et équidistants aux pales, 10. Gyroptère selon revendication 9, caractérisée en ce que dans le cas d'entraînement des couronnes en 5 contra rotation par une roue conique, le plan de rotation des rotors ( par exemple 8 figures 3 et 3 coupe) soit légèrement décalé dans le sens opposé à la roue conique (7 figure coupe 3) que le plan des anneaux de structure correspondants (par exemple 9 10 figures 3 et 3 coupe), 11. Gyroptère selon revendication 1, o la mise en rotation des couronnes est effectuée directement par des moteurs par exemple électriques sans balai, o les aimants sont sur la couronne et le bobinage 15 sur la nacelle, le couplage de vitesse est réglé électroniquement, 12. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé en ce que la nacelle (6 figure 3 coupe,7) soit équipée de six servomoteurs ( 10 figure 4) qui 20 agissent chacun sur un patin (11 figure 4,7) selon l'axe vertical, patin associé à un support de guidage ici représenté pour l'exemple par trois galets commandant ainsi la position dans l'espace de l'anneau de guidage ( 12 figure 7), (trois système de 25 commande disposés à 120 sur la nacelle par anneau de guidage), ils sont ou pas sur le même rail que le patin de l'autre anneau de guidage du rotor en contra rotation selon la géométrie des leviers de commande de pas des manchons de pied de pale, ces servomoteurs 30 indépendants sont couplés électriquement pour vol de lacet tout azimut/ tangage, roulis, cyclique de translation, 13. Gyroptère selon revendication 12, caractérisé en ce que dans la disposition ici représentée, ces 35 patins supportent chacun élastiquement un dispositif( par exemple ressort 18 figure 4), 14. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il soit équipé d'autant de servomoteurs que de pales, six servomoteurs dans le cas d'un double rotor tripales, situés sur les couronnes, et agissant directement sur le contrôle du pas des pales, 15.Gyroptère selon revendication 6, caractérisé en ce que dans une version particulière le vide intérieur du carénage contiennent une voile dépliante ou ballon gonflable qui une fois déplié transforme la 10 machine aussi en glisseur.