Brevet FR2924406A1 — publié le 20090605

L'invention décrit un perfectionnement au brevet BF 0115674 de l'auteur concernant un ballon contenant un gaz léger, qui s'oriente face au vent apparent et suspend par un long câble une nacelle motorisée pour la propulsion, la sustentation et l'orientation, à laquelle s'attache la charge à transporter. On utilisera le nom de HAL, pour hélicoptère allégé. Sur les dirigeables, le poids total avec charge est compensé par la portance aérostatique de l'hélium, la portance aérodynamique liée à la vitesse par mise en incidence, et la portance de rotors sustentateurs spécialisés, ou basculants pour assurer sustentation et propulsion. Si la portance aérostatique dépasse le poids, on ajoute un lest en eau. Sur une "grue volante", les rotors soulèvent la charge et l'on n'utilise pas de lest, en réduisant ainsi les 10 temps de chargement et déchargement. Selon BF 0115674, plusieurs rotors orientables sont attachés à la nacelle, écartés du câble de suspension ce qui oblige à limiter leurs diamètres et à les fixer sur de longs bras. La présente invention vise à utiliser un seul grand rotor de sustentation. Selon cette invention, le gallon 1 suspend par un ou plusieurs câbles une nacelle 2 munie de moyens de propulsion et orientation, et portant un axe fixe vers le haut autour duquel tourne un rotor unique de sustentation 3, axe prolongé par une colonne 4 recevant les câbles au sommet. Cette colonne peut être orientable et donc permettre de déplacer le point d'application de la force de sustentation procurée par le ballon, en avancée ou latéralement. On peut ainsi agir sur le tangage de la nacelle, pour régler l'incidence des propulseurs et modifier l'altitude, et sur son 2 0 roulis pour corriger l'effet d'un rotor entraîné en translation , qui serait sans réglage cyclique. Ces action s'ajoutent le cas échéant à l'action d'un réglage cyclique de pas du rotor, nécessaire sur les hélicoptères purs. Un réglage global de pas du rotor paraît inutile, la part de sustentation par le rotor étant réglée par la puissance d'entraînement. Une simplification peut donc être obtenue par rapport aux rotors classiques, et ceci facilite la construction de très grands rotors. L'invention permettant d'installer un rotor de grand diamètre malgré la présence des câbles, on obtient une grande portance par rapport à la puissance, sans que le rotor, éloigné de l'enveloppe, la sollicite en fatigue. Pour éviter d'installer un dispositif anticouple de grande jongueur, le rotor peut être entraîné par réaction en bouts de pales, par éjection d'air à partir :3 d'une turbosoufflante centrale, ou par statoréacteurs, alimentés en air par des prises tangentielles ou à partir du moyeu par des pales creuses. On peut lancer le rotor par éjection d'air à partir d'une turbosoufflante, et régler la puissance par action sur celle-ci et sur la combustion en bout de pales. On présente les figures suivantes : Fig 1. Vue d'ensemble du ballon, de la nacelle et de la charge, sur site encombré, - Fig 2. Vue en élévation de la nacelle, de la tête de rotor et de la colonne au dessus. Le ballon présenté 1 est du type souple trilobé delta proposé par l'auteur selon BF 0004895, avec empennages intégrés, de grange ngiaite, stable aérodynamiquement et permettant l'installation a'un moteur arnere orientable. Pour favoriser la portance aéroaynamique procurée par la vitesse, la largeur arrière peut etre importante, par exemple de l'ordre de ia moitié de ia longueur. Les empennages développés favorisent, lorsque ie ballon est captit sur une attache en son milieu, une stabilisation tace au vent relatif, naturelle pu assistée par des gouvernes asservies a une détection cie ce vent, selon des dispositions valiaees par fauteur. La forme largement plate au aessous favorise un plaquage au sol. Deux câpres ae suspension 6 et 7 fixés sous l'enveloppe, par exemple au premier et to deuxiéme tiers de la longueur, aboutissent â la colonne 4 orientable au dessus de la nacelle 2 et, par des variations commandées sur leurs longueurs, permettent de régler l'incidence de vol du ballon et ainsi sa portance aérodynamique. La nacelle 2 décrite porte une turbosou Tante 1.0 vers le rotor-3 à élec'tion d'air en bout de paies. L'échappement chaud de la turbosouffiante est guidé par le conduit i i vers une sortie arrière 12 â volets orientables qui permet le pilotage de la nacelle. Lorsqu'une faible force de sustentation est demandée au rotor, la turbosouffiante étant à faible puissance, on peut conserver la fonction de pilotage en dérivant vers la sortie arrière une part du débit soufflé. La turbosouffiante peut être doublée. On e 'figuré une cale de chargement 14 à porte arrière et une charge suspendue 5, qui peut être prise ou déposée exactement à 2� l'endroit voulu en utilisant des liens établis avant de toucher le sol pour tirer l'ensemble. Le rotor 3 est figuré à paies fixes sur le moyeu mais on peut préférer un rotor à réglage de pas, selon les difficultés de réalisation. Le débit de la turbosoufflante arrive dans le moyeu 20 du rotor entre deux roulements étanches 21 et 22, puis se distribue dans les pales creuses, terminées par un coude d'éjection non figuré, de type connu. 16- Au dessus du moyeu 20, la colonne 4 repose sur une rotule 24 et est orientée par pilotage ou par automatisme au moyen de deux vérins 25, 26. Son sommet 27 est libre en rotation et les deux câbles 6 et 7 y sont enroulés en sens opposés sur un treuil 28, actionné pour donner une incidence de vol au ballon captif. Les câbles portent des conducteurs électriques pour transmettre des données mesurées sur le ballon et pour commander 3v l'orientation des gouvernes, de manière qu'il reste face au vent relatif avec le minimum de traînée, au besoin avec une prise en compte à l'avance des mouvements de ['atmosphère détectés par ailleurs. Les conducteurs sont reliés au poste de pilotage par des contacteurs non figurés, sur les axes de rotation du treuil et du sommet 27. De part et d'autre de la nacelle, deux moteurs de propulsion 30 actionnent des 33.5 hélices de propulsion. Le HAL peut être conçu pour différents rapports entre les forces de levage aérostatique et par rotor. A titre d'exemple, partant d'un rotor soulevant 20 tonnes, on peut obtenir une "grue volante" pour 20 tonnes avec un ballon ne soulevant que le poids mort, d'environ 20000 m3 et longueur 75 m, ou un transporteur pour 40 tonnes avec un ballon ii-o soulevant le poids mort et 20 tonnes, d'environ 45000 m3 et longueur 100 m. La nacelle porte Alors un réservoir 31 pour 20 tonnes d'eau de lestage. Le ballon prenant de la vitesse, on réduit la puissance au rotor et on transfère la sustentation à la portance dynamique de l'enveloppe, qui permet un vol plus économique. Ceci limite le couple de roulis imposé en vitesse par un rotor sans variation cyclique de pas. La force de 20 tonnes pourrait correspondre à une vitesse de l'ordre de 25 m/s. Cette vitesse pourrait être obtenue sans rotor avec les moteurs de propulsion, en option "STOL" (short take off and Ianding), si l'on dispose d'une piste suffisante. Un rotor usuel d'hélicoptère de poids total 20 tonnes aurait un diamètre de l'ordre de 25 m, avec une puissance de 5000 kW. Pour le i-HAL ici décrit, ce diamètre pourrait être majoré en raison de la faible vitesse à prévoir, pour réduire la puissance en proportion. Par rapport à l'hélicoptère de même puissance, le HAL procure une force de levage majorée, une consommation réduite, une autonomie accrue et une grande stabilité. La charge, loin sous le ballon, reste manipulable sur un site enclavé, cour d'usine ou grand chantier. Le grand rotor peut bénéficier des techniques de pales établies pour les éoliennes. Par rapport à un dirigeable de conception classique, motorisé mais supportant la charge par un câble, autre solution pour les descentes sur sites encombrés, l'amarrage au sol est facilité : la nacelle et la charge peuvent être posées à côté du ballon plaqué au soi et moins sensible au vent, tandis qu'une séparation de l'ensemble mécanique pour des entretiens sous hangar devient aisée. Revendications 1. Ballon dirigeable comportant une enveloppe sustentatrice 1 munie de moyens d'orientation face au vent et une nacelle 2 suspendue par un ou plusieurs câbles de manière libre en rotation et munie de moyens motorisés de propulsion, sustentation et orientation, caractérisé èn ce que la nacelle porte vers le haut l'axe fixe d'un rotor unique de sustentation 3, cet axe étant prolongé vers le haut en une colonne 4 dont le sommet porte l'attache du ou des gâbles. 2. Ballon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colonne 4 est orientable en tangage. IC 3. Ballon selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la colonne 4 est orientable en roulis. 4. Ballon selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension comporte au moins deux câbles de longueurs réglables reliant le sommet de la colonne 4 à des points sous le ballon, décalés en longueur. 5. Ballon selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que de Pair est injecté dans le moyeu du rotor 3 et transféré de manière étanche dans des pales creuses jusqu'à des éjecteurs. B. Ballon selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bouts de pales du rotor 3 portent des chambres de combustion de statoréacteurs. ?v 7. Ballon selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor 3 est à pas fixe. 4 15