Brevet FR2880615A1 — publié le 20060714

L'invention concerne les aéronefs plus lourds que l'air, à décollage vertical de la catégorie des ULM (Ultra Légers Motorisés). Elle concerne également les dirigeables car l'invention comporte une enveloppe d'allègement remplie de gaz plus léger que l'air. Tous les aéronefs plus lourds que l'air, font appel à des systèmes de propulsion qui doivent vaincre la totalité de leur poids, c'est à dire: É le poids mort de leur structure, É le poids des pilotes et passagers, É le poids de leur cargo éventuel. De ce fait, ils ont besoin d'une forte puissance de traction verticale et cette traction est générée au décollage par la seule poussée des propulseurs. Généralement ces engins sont dépourvus, dans leur phase de décollage, de voilures statiques comme des ailes, ce qui rend délicat la stabilité de leur ascension. Le centre de gravité de ces aéronefs est également relativement haut, ce qui contribue à l'instabilité de leur trajectoire d'ascension. On connaît les grandes familles d'engins que représentent les hélicoptèreslautogires et les ballons dirigeables. Les hélicoptères, plus lourds que l'air font appel à une technologie sophistiquée pour les corrections de trajectoire et pour leur pilotage. Ils sont également très dépendants de leur système de propulsion qui, en cas de défaillance, met en péril l'équipage et le matériel. Les ballons, plus légers que l'air sont revenus d'actualité avec les possibilités industrielles de production clu gaz hélium, qui remplace le gaz 25 hydrogène trop dangereux. On sait construire des petits dirigeables qui peuvent se placer dans la catégorie des ULM. Communément appelés BLIMP , ils ne requièrent pas de structure interne et maintiennent leur forme uniquement par la pression du gaz dans leur enveloppe. La densité du gaz nécessite néanmoins un important volume pour produire une portance utile et, de ce fait limite l'utilisation de ce type d'engin. II est toujours indispensable d'avoir une assistance au sol et la mise en sécurité demande toujours une infrastructure spécifique. L'aéronef, objet de la présente invention, permet d'éviter ces 35 inconvénients et fait appel, pour cela, à la combinaison de trois facteurs: É La capacité de portance statique, que procure un gaz plus léger que l'air, lorsqu'il est enfermé dans une enveloppe. É La résistance de l'air qu'offre une grande surface en déplacement, comme un parachute ou un parapente. É La distance importante du centre de gravité de l'engin par rapport au centre de poussée, grâce à la position pendulaire du poste de pilotage. L'aéronef, objet de l'invention, est un ultra léger hybride, de type pendulaire motorisé. Il est constitué d'un groupe de propulsion verticale, sustenté par une enveloppe d'allégement en forme de parapente, et d'une nacelle de pilotage en position pendulaire au-dessus d'un cadre accroché à un système de suspentes. Le volume de l'enveloppe est défini selon le poids du système de propulsion à alléger, en le conservant toujours en légère flottaison positive (plus léger que l'air). Le poste de pilotage, accroché à l'enveloppe, est d'un poids supérieur à la portance résiduelle statique de l'enveloppe de manière à constituer un engin au repos plus lourd que l'air. Le groupe de propulsion est situé symétriquement par rapport au plan médian et au centre de l'enveloppe. Deux cheminées verticales dans le même axe que les propulseurs traversent de part en part l'enveloppe. Les propulseurs sont reliés entre eux par une poutre de compression horizontale qui est solidarisée à l'enveloppe par des liaisons souples. Le poste de pilotage est accroché directement aux élévateurs qui sont reliés à chaque extrémité de la poutre. De cette manière l'effort de traction des propulseurs au décollage passe uniquement par la poutre de compression sans faire participer l'enveloppe. Le poste de pilotage est également accroché à l'enveloppe par l'intermédiaire d'un cadre rectangulaire sur lequel sont également réparties les suspentes. Ce cadre, relié au chariot au moyen d'une rotule, permet par une variation de son inclinaison, effectuée par le pilote, de contrôler l'assiette de l'enveloppe et d'en assurer ainsi le pilotage dans la phase de vol avec déplacement horizontal. Le poste de pilotage comporte tous les organes de commande électriques et un cordon ombilical le relie aux organes de propulsion et à l'enveloppe pour l'énergie électrique et pneumatique. La faible flottaison positive de l'enveloppe permet avec un effort minimum de la descendre au niveau du sol sur son chariot, pour permettre ainsi sa mise en sécurité ou son stockage. Sa mise en opération s'effectue à l'inverse, en laissant prendre sa position à cette partie supérieure, qui sera retenue par le chariot lesté. La poussée des propulseurs sera donc uniquement utilisée pour vaincre le poids du passager et de son cargo. La figure 1 représente l'allure générale de l'invention avec une enveloppe souple (1) en forme de parachute ou parapente et dans son allure générale avec deux propulseurs à hélices fixes (2). L'invention est décrite dans le texte qui suit, en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et non limitatifs. Pour illustrer cette invention, il a été fixé des choix dans les options techniques de construction qui ne sauraient être, elles non plus, limitatives. La figure 2 illustre schématiquement un exemple de réalisation de l'invention en vue de profil et dans son allure générale. La figure 3 est une vue en coupe suivant A-A. L'enveloppe souple (1) est remplie d'un gaz plus léger que l'air comme l'hélium, dont la forme peut varier suivant les possibilités techniques de fabrication et l'aérodynamisme recherché. Dans l'exemple d'illustration, elle est réalisée à base de cylindres élémentaires dont la juxtaposition forme un canopy en forme de grand parachute (fig.3). Les cylindres entre eux sont solidarisés par des liaisons souples (17). Mais elle peut être lenticulaire ou encore posséder toutes autres formes autorisées par la technique de fabrication adoptée. Sa forme générale est plate, c'est à dire que son rapport entre son épaisseur moyenne et sa largeur est inférieur à 0,3. Cette enveloppe assure: É La sustentation du groupe de propulsion en ordre de marche et de la poutre de compression. É Le vol plané de l'ensemble, sa surface et sa forme d'aile permettent son vol comme un parapente. É La sécurité en cas d'arrêt moteur, l'engin peut alors planer ou agir comme un parachute. É L'amortissement des changements d'altitude et de direction du fait de son inertie et de sa traînée. Elle présente une surface projetée importante, afin de permettre de générer une portance significative dans le cas d'une vitesse horizontale ou 5 verticale descendante à la manière d'un parachute. Dans cette enveloppe sont aménagées des cheminées verticales (3) d'un diamètre supérieur au diamètre des propulseurs, qui permettent l'alimentation en air nécessaire. Ces cheminées permettent également de stabiliser la trajectoire 10 descente parachute , ( trajectoire de la feuille morte ). Sa matière est de type utilisé pour les dirigeables, étanche à l'hélium. Les variations de température, donc de densité de l'air et de l'hélium au cours de la journée amèneront une variation de flottaison qui se caractérisera par une tension différente sur les suspentes (5). La flottaison s'ajustera à l'aide de volumes d'air introduits ou extraits de l'enveloppe, connus sous le nom de ballonnets gonflés à l'air comprimé. Le volume de l'enveloppe sera tel qu'il permet de sustenter la totalité de la propulsion (2) et (4) en ordre de marche, en maintenant toujours une légère flottaison positive. Les propulseurs (2) sont à axe vertical de poussée, l'un est en contre-rotation pour annuler les couples de réaction. Ils sont situés symétriquement par rapport au plan médian et au centre de l'enveloppe (sur le plan médian transversal). Ils sont fixés sur une poutre de compression (4), décrite plus loin. Une variante de l'invention peut comprendre des hélices avec un seul moteur et deux arbres de transmission. Les hélices peuvent être carénées ce qui permettra d'améliorer de 30 à 40 % le rendement de la poussée et d'alléger l'ensemble. Ceci est essentiellement fonction de l'offre technologique disponible sur le 30 marché. La propulsion horizontale est assurée par l'inclinaison de déflecteurs de flux orientables (11) sur des axes parallèles, situés en sortie de chaque propulseur, qui agiront comme des gouvernes et permettront ainsi de générer un effort horizontal par déviation du flux d'air à la sortie. La fig.4 représente une vue de détail suivant la coupe B-B. On distingue un propulseur fixé sur la poutre (4) avec ses déflecteurs (11) qui assurent par leur inclinaison un déplacement horizontal. La fig. 5 illustre les déflecteurs (11) dans une position inclinée. Une variante intéressante de l'invention consiste à orienter les propulseurs sur un même axe pour permettre une inclinaison, soit dans le même sens, soit dans le sens inverse. [)ans ce cas les propulseurs seront situés en dehors des conduits de cheminées. La poutre de compression (4) permet: É de fixer les propulseurs, É de reprendre les efforts au décollage et en vol stationnaire, É et de solidariser les propulseurs à l'enveloppe. Très légère, elle est constituée d'une structure de compression en carbone ou en aluminium. Le tout est rendu solidaire de l'enveloppe à l'aide de liaisons souples (17). Les suspentes sont de la matière utilisée dans le parachutisme, très résistantes et très légères comme le KEVLAR. La fig.6 illustre le poste de pilotage et son système de liaison aux suspentes. Le réseau de suspentes (5) est relié dans sa partie inférieure à un cadre rectangulaire (7), qui reçoit sur sa périphérie les suspentes de l'enveloppe et en son centre (22), les suspentes de traction (élévateurs) (6) reliées à chaque extrémité de la poutre de compression. La nacelle de pilotage (8) est suspendue également au centre de ce cadre au même point de fixation (22) que les élévateurs par l'intermédiaire d'une rotule. De cette manière l'effort des élévateurs sont sur la même ligne de force que le poids du pendule. Ce cadre (7) permet, par la variation de son inclinaison, de transmettre les mouvements à l'ensemble de l'enveloppe, de modifier son assiette et de permettre ainsi un contrôle du tangage et du roulis. Ce cadre (7) est actionné par le pilote au moyen d'un triangle de manoeuvre (18), à la manière d'un ULM pendulaire. Le sommet supérieur du triangle de manoeuvre (18) est fixé sur la traverse médiane(24) du rectangle (7) à l'avant du point d'articulation (22) au moyen de cablettes (23), tendues entre les deux autres sommets du triangle et les coins du rectangle (7) La Fig.7 illustre le contrôle du cabrage par une poussée vers l'avant du triangle/cadre (7)1(18) qui se traduit par une variation p de l'angle de cabrage 5 proportionnelle au déplacement du triangle/cadre. La Fig.8 illustre le contrôle du piqué par une poussée vers le pilote du triangle/cadre (7)1(18) qui se traduit par une variation p' de l'angle de piqué, proportionnelle au déplacement du triangle/cadre. De même le contrôle du roulis s'effectue par un déplacement latéral à 10 gauche ou à droite. La combinaison des mouvements permet le pilotage de l'aéronef dans la phase de vol avec translation. La dimension du cadre (7) est fonction de la forme de l'enveloppe et de l'amplitude que l'on souhaite donner aux différents mouvements. L'angle de calage de l'enveloppe à l'équilibre est prédéterminé à la 15 construction. L'effort de traction généré par les propulseurs passe donc en totalité par les suspentes de traction et ne font par conséquent pas participer l'enveloppe. Les suspentes de l'enveloppe deviennent actives lorsque la portance dynamique est créée par la vitesse horizontale et par la résistance de l'air. Le poste de pilotage est constitué par un chariot (8), lesté de manière à ce que son poids soit toujours supérieur à la flottaison de l'ensemble enveloppe - propulseurs. Le lest est constitué par le poids propre du chariot, avec les accessoires fixes et invariables nécessaires (15) au fonctionnement de l'appareil, comme les batteries de démarrage et de commandes, les bouteilles d'air comprimé pour les ballonnets (19), les flotteurs le cas échéant... Des roues équipent le chariot pour permettre son déplacement à terre. Un cordon ombilical technique (20) relie la nacelle à la partie supérieure. Il est constitué par une liaison électrique pour les commandes et une liaison pneumatique pour l'ajustement de la flottaison. La fig.9 nous montre la mise en sécurité de l'aéronef. La faible flottaison de la partie supérieure permet avec un effort minimum de la descendre au niveau du sol pour permettre ainsi sa mise en sécurité ou son stockage. Une simple manoeuvre de traction vers le bas de la drisse (16) prévue à cet effet, reliée entre la poutre et la nacelle, permet de descendre la partie supérieure et de replier l'ensemble sur lui-même. La fig.10 représente la position de stockage. L'appareil offre alors peu de prise au vent et constitue en lui- même une protection de la nacelle contre les intempéries. Si le chariot est équipé de flotteurs, il peut même être envisagé un stockage sur un plan d'eau dans des zones où la végétation est trop dense ou le sol marécageux. Sa mise en opération s'effectue à l'inverse en laissant remonter la partie enveloppe/propulseur. A titre d'exemple non limitatif, l'engin décrit dans l'exemple de réalisation, aura dans sa version monoplace pour dimension de l'ordre de 80 m2 de surface portante, une épaisseur moyenne de 2 mètres et un volume d'enveloppe de 160 m3. L invention aura des domaines d'application très variés comme les exemples qui suivent: É Prévention des incendies de forêts et premières interventions. Aujourd'hui celles-ci sont effectuées par des vigies avec des engins tous-terrains et une aviation de reconnaissance (avions et hélicoptères). Permettra de se rendre sur les lieux de naissances de feux dans des endroits d'accès difficiles pour les moyens terrestres. Son stockage et sa mise en sécurité sur les sites à surveiller permettra d'intervenir plus rapidement. Son coût d'exploitation très réduit en comparaison des moyens actuels utilisés en fera un outil très attractif. É Support publicitaire. Foires, plages et manifestations avec un pouvoir d'attraction très fort, ne nécessitant aucune infrastructure. É Surveillance ponctuelle et reconnaissance Vérification d'accès pompiers ou d'évacuation des secours sur des grands complexes urbains ou industriels. Inspections des ouvrages élevés comme les piles de ponts suspendus ou les clochers de cathédrales. É Trafics routiers. É Photographie aérienne L'engin permettra une position statique et même une marche arrière pour le confort des prises de vue. É Intervention d'urgence/ mission humanitaire. Dans des lieux difficiles d'accès. Un homme seul pourra embarquer et débarquer sans aide extérieure, ce qui pourra présenter un intérêt dans le cas d'intervention de services de secours (SAMU, pompiers, police) . Pourra approvisionner à moindre coût, sur des zones d'accès difficiles ou à très grande hauteur, des charges de 50 à 80 kg (nourriture, couvertures, premiers secours, pompes ou station de potabilisation d'eau). É Loisir et découverte. É Sport de compétition. Baptêmes de l'air. É Epandage agricole. Précision d'intervention du fait de sa possibilité de vol stationnaire et/ou à très faible vitesse. Notamment le traitement saisonnier sur les pins sujets aux chenilles processionnaires, dans le sud de la France. É Mission scientifique. Observation de la canopée. Le fait de pouvoir amerrir sur des surfaces calmes permettra d'envisager la remontée de cours d'eau dans les zones d'accès difficiles (Amazonie...forêts équatoriales) ou marécageuses. É Levage. Pourrait transporter et déposer des charges d'une centaine de kg dans des endroits inaccessibles comme le haut des immeubles, des toits ou des clochers (relais radios, statues etc.). -9-REVENDICATIONS 1- Aéronef à décollage vertical de type pendulaire hybride utilisant une enveloppe d'allégement du système cle propulsion. Il est constitué d'un groupe de propulsion verticale (4), fixé sur une poutre (4) sustentée par une enveloppe d'allégement en forme de parapente (1), et d'une nacelle de pilotage (8), en position pendulaire au-dessus d'un cadre (7), suspendu à un système de suspentes (5) et (6), caractérisé en ce que le volume de l'enveloppe (1) est défini selon le poids du système de propulsion à alléger, en le conservant toujours en légère flottaison positive (plus léger que l'air). Le poste de pilotage (8) accroché à l'enveloppe par les suspentes (5) et (6) est d'un poids supérieur à la portance résiduelle statique de l'ensemble enveloppe/propulseurs/poutre (1), (2) et (4), de manière à constituer un engin au repos plus lourd que l'air. 2- Aéronef suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) est en forme de parapente, sans structure interne, de manière à assurer une grande résistance au déplacement vertical et de permettre de planer. 3- Aéronef suivant la revendication 1 et 2 caractérisé en ce que l'enveloppe est pourvue de cheminées d'axe vertical (3) et sur le même axe que les propulseurs, traversant de part en part et d'un diamètre supérieur aux dits propulseurs. 4- Aéronef suivant la revendication 1, 2 et 3 caractérisé en ce que les propulseurs sont situés symétriquement par rapport au plan médian et au centre de l'enveloppe sur une poutre de compression (4) solidaire de l'enveloppe (1) par des liaisons souples (17). 5- Aéronef suivant les revendications précédentes, caractérisé en ce que les élévateurs (6) sont accrochés à chaque extrémité de la poutre de compression (4) et reliés directement au pendule que constitue le poste de pilotage (8), sans faire participer l'enveloppe au décollage. 6- Aéronef suivant les revendications précédentes, caractérisé en ce que les propulseurs (2) sont équipés en sortie de déflecteurs orientables (11) sur des axes parallèles. 7- Aéronef suivant les revendications précédentes, caractérisé en ce 35 que le poste de pilotage est accroché au milieu d'un cadre rectangulaire 10 - rigide (7) qui, par une variation d'inclinaison de celui-ci, permet de faire varier l'assiette de l'enveloppe et assurer ainsi son contrôle par l'action du pilote. 8- Aéronef suivant les revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie supérieure, constituée par l'ensemble (1), (2) et (4) en légère flottaison positive, est affalée au niveau du sol sur son chariot- cadre (7)(8) par la simple traction d'une drisse (16), pour constituer une auto-protection contre les intempéries et sa mise en sécurité. 15 20 25 30