Brevet FR2906222A1 — publié le 20080328

La présente invention concerne un véhicule à décollage et atterrissage vertical ne présentant aucune voilure tournante. A ce jour, seuls les véhicules à voilure tournante (hélicoptères), les aéronefs à voilure propulsive basculante, dits Convertibles, et les aéronefs à réaction dont au moins une tuyère est orientable vers le bas, permettent un décollage et un atterrissage vertical, ainsi que le vol stationnaire (sustentation). Le déplacement horizontal étant assuré par un léger basculement vers l'avant du rotor principal pour l'hélicoptère, une rotation de 90 degrés vers l'avant de l'ensemble voilure-force propulsive pour les Convertibles, et une orientation quasi horizontale de la tuyère pour les avions à réaction. Le véhicule selon l'invention permet de s'affranchir de ces mouvements de rotation et d'orientation mécaniquement complexes pour assurer le décollage et l'atterrissage vertical. Il est fondé sur le constat suivant : - la turbomachine (réacteur) utilisée pour générer la force propulsive des aéronefs aspire de l'air dans un collecteur dit d'entrée d'air, le comprime, le mélange à un carburant (kérosène...), provoque sa combustion, et rejette à grande vitesse ces gaz brûlés à haute température au travers d'une tuyère. - la force propulsive étant le produit du débit massique (quasiment le nombre de kg d'air aspiré par seconde) par la différence de vitesses entrée-sortie des gaz. Dès lors, en positionnant une voilure fixe aux caractéristiques adaptées (épaisseur, profil, dimensions, matériaux...) en entrée d'air compresseur de la turbomachine et une autre voilure fixe en sortie tuyère tout en ne présentant que les extrados, la vitesse du fluide ainsi produit par la turbomachine créera une portance (force sustentatrice) qui assurera alors le décollage et l'atterrissage. Selon les différentes phases de Décollage, d'Atterrissage et cle Croisière, les voilures avant-arrière présenteront les propriétés suivantes : 1 û Voilure avant au décollage : Attendu qu'au décollage, le profil à la plus grande portance est prioritairement recherché, cette voilure sera constituée de deux profils juxtaposés. Son extrados ajustable sera conçu de telle sorte à présenter une portance maximale, alors que l'intrados sera dessiné pour offrir une traînée minimale en phase Croisière (90% du temps de déplacement). De plus, et afin d'amplifier l'effet Coanda , des injecteurs d'air prélevé sur le compresseur seront judicieusement positionnés au-dessus de l'extrados, et orientés vers l'entrée d'air compresseur. 2906222 2 Lors du déplacement horizontal progressif du véhicule, l'extrados ajustable sera réglé de façon à présenter avec son intrados un profil à traînée minimale. Enfin, cette même voilure sera calée pour une incidence optimisée en vitesses de Croisière 5 2 ù Voilure arrière au décollage : Comme les gaz éjectés en sortie tuyère sont à grande vitesse et haute température, il convient de veiller à Ila fatigabilité des matériaux qui composent cet extrados arrière. Pour ce faire, une écope sera aménagée en sortie tuyère de telle sorte à orienter un flux d'air frais (extrait ou non du compresseur), et ainsi s'insérer entre les gaz chauds et l'extrados. 10 En conséquence, la voilure arrière présentera un profil rigide. Enfin, en phase Croisière, et toujours pour prolonger la vie du matériaux, cette voilure sera légèrement déplacé vers le bas et orienté de façon à assurer la sustentation avec une traînée minimale. L'effet Coanda bien que réduit sera toujours actif augmentant ainsi la sustentation arrière. 15 La propulsion sera assurée par une turbomachine spécialement conçue en ce qu'elle ne comportera pas une turbine classique dont la fonction est de prélever de l'énergie sur le flux des gaz chauds pour entraîner le compresseur. La chambre de combustion sera orientée bien plus efficacement vers la tuyère d'éjection. Cette nouvelle architecture, affranchie de la turbine, augmentera grandement 20 la durée de vie de ce groupe propulseur. De plus, la consommation de carburant sera nettement moindre que pour une même turbomachine avec sa turbine, d'autant que les vitesses d'éjection recherchées (inférieures à 150 m/s) induiront des températures de combustion bien plus basses, et donc des quantités de carburant plus réduites. 25 Le compresseur étant alors entraîné par un moteur extérieur (piston ou autre) dont la fiabilité et la maintenance sont maintenant éprouvées. Au regard des puissances recherchées, la consommation de ce moteur extérieur en sera que plus réduite. Enfin, l'énergie utilisée sera prioritairement renouvelable (huiles végétales...) 2906222 3 Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en perspective l'agencement des voilures-avant (1) et arrière (2) autour de la turbomachine (3), ainsi que la partie avant (4) où se tiendront le pilote et ses passagers. 5 La figure 2a représente la voilure-avant (1) constituée de ses deux profils complémentaires : l'extrados (5) ajustable avec son profil offrant une portance maximale en phase Décollage, et son intrados (6) rigide. Des injecteurs (7) et (8) - actifs durant la phase Décollage et Atterrissage - soufflant l'air prélevé sur le compresseur (10) afin d'entretenir et amplifier l'effet Coanda. 10 La figure 2b représente la voilure-avant (1) en phase Croisière dont l'extrados (5), par l'action d'un mécanisme (9), est ramené à une courbure (5') offrant ainsi une traînée minimale ; ladite voilure est ensuite orientée de façon à réduire la traînée globale. La figure 2c représente la voilure-arrière rigide (2) en phase Décollage 15 positionnée derrière la tuyère d'éjection (11) ainsi que l'écope (13) évoquée supra. La figure 2d représente la voilure-arrière (2) en phase Croisière, positionnée en (2') et orientée de façon à minimiser les forces de traînée globale. La figure 3 représente le groupe motopropulseur constitué du compresseur (10), des chambres de combustion, de la tuyère d'éjection (11) et du moteur 20 extérieur (14) pour l'entraînement le compresseur (10). REVENDICATIONS 1) Véhicule à voilure fixe à décollage et atterrissage vertical caractérisé en ce que le flux d'air généré par une turbomachine (3) sur l'extrados (5) d'une voilure (1) positionnée en entrée compresseur (10), et le flux de ses gaz brûlés soufflant sur l'extrados d'une voilure (2) positionnée en sortie tuyère (11) produisent des forces de portance assurant le décollage et l'atterrissage. 2) Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que, en phase Décollage et Atterrissage, des injecteurs (7) et (8) d'air prélevé sur le compresseur (10) favorisent et amplifient l'effet de portance. En phase Croisière, lesdits injecteurs devenus inactifs présentent un profils et une orientation 1:elle qu'ils participent à l'effet de portance. 3) Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que, en phase Décollage ou Atterrissage, par l'action d'un mécanisme (9), l'extrados (5) de la voilure (1) présente un profil tel que le coefficient de portance (Cz) soit maximale ; l'intrados (6) restant rigide. En phase Croisière, l'extrados (5) est ramené par le même mécanisme (9) en position (5') de façon à présenter cette fois un profil à traînée minimale. 4) Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que une écope (13), située en sortie basse de la tuyère (Il) oriente un flux d'air frais sur l'extrados de la voilure (2) afin d'y réduire fortement la température. 5) Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, en phase Croisière, les voilures (1) et (2) sont orientée progressivement vers une position offrant le meilleurs compromis entre force de portance et force de traînée. 6) Véhicule selon la revendication 1 caractérisé en ce que le compresseur (10) de la turbomachine (3) est entraîné par un moteur extérieur (14) autorisant dès alors la suppression de la turbine.