Brevet FR3048412A1 — publié le 20170908

DESCRIPTION : Domaine technique : La présente invention concerne un aéronef pouvant décoller et atterrir verticalement. Cet aéronef est destiné au transport d'un ou plusieurs pilotes et éventuellement de passagers. Etat de la technique antérieure : Ce type d'aéronef est traditionnellement un aéronef comportant des dispositifs de rotation du système de propulsion (tilt rotor) ou de l'aile (tilt wing) mécaniquement complexes par essence, ou reposant sur la queue de l'avion au décollage (tailsitter) avec une disposition des systèmes de propulsion rendant périlleux le passage du décollage vertical à la croisière. Exposé de l'invention : L'invention permet de remédier à ces différents inconvénients. L'aéronef comporte en effet au moins une aile et au moins 3 moyens de propulsion éloignés dans les 2 dimensions correspondant à son axe de tangage et à son axe de lacet. Cette disposition des moyens de propulsion confère une grande stabilité à l'aéronef en phase de décollage, d'atterrissage et de transition du décollage vers le vol de croisière et du vol de croisière vers l'atterrissage. La présence d'ailes pour générer la portance en mode de croisière permet d'avoir un bon rendement énergétique de l'aéronef en vol de croisière. Les sièges des pilotes et passagers peuvent effectuer un mouvement de rotation par rapport au reste de l'aéronef de manière à maintenir l'assise des sièges à l'horizontal lors de la bascule de l'aéronef du décollage au mode de croisière et lors de la bascule de l'aéronef du mode de croisière à l'atterrissage. Selon des modes particuliers de réalisation : - le contrôle en roulis pourra éventuellement être géré par vitesse de rotation différentielle des moyens de propulsion. 3048412 2 - les commandes de vol et les instruments pourront être solidaires des sièges des pilotes et permettre de contrôler le fonctionnement de l'avion au moyen de transmissions électriques (commandes électriques) ou radio. 5 - l'aéronef pourra comporter des supports, pieds ou ski à l'arrière de l'aéronef lui permettant de reposer sur le sol avant le décollage et après l'atterrissage Brève présentation des différentes figures : 10 La figure 1 représente une perspective isométrique de l'invention en mode biplan à 4 moyens de propulsion à 2 hélices contrarotatives par moyen de propulsion, au décollage. La figure 2 représente une perspective isométrique de l'invention en 15 mode biplan à 4 moyens de propulsion à 2 hélices contrarotatives par moyen de propulsion en vol de croisière. La figure 3 représente une perspective isométrique de l'invention en mode biplan à 3 moyens de propulsion à 2 hélices contrarotatives par moyen de propulsion, au décollage. 20 La figure 4 représente une perspective isométrique de l'invention en mode biplan à 3 moyens de propulsion à 2 hélices contrarotatives par moyen de propulsion, en vol de croisière. La figure 5 représente une perspective isométrique de l'invention en mode monoplan à 4 moyens de propulsion à 1 hélice par moyen de 25 propulsion, au décollage. La figure 6 représente une perspective isométrique de l'invention en mode monoplan à 4 moyens de propulsion à 1 hélice par moyen de propulsion, en vol de croisière. La figure 7 représente une perspective isométrique de l'invention en 30 mode aile volante à 4 moyens de propulsion à 2 hélices contrarotatives par moyen de propulsion, au décollage. La figure 8 représente une perspective isométrique de l'invention en mode aile volante à 4 moyens de propulsion à 2 hélices contrarotatives par moyen de propulsion, en vol de croisière. 35 La figure 9 représente un détail de la rotation du siège du pilote, marche pied, commandes de vol et instruments. La figure 10 représente un détail de la rotation des sièges et marches pied des pilotes et passagers dans le cas d'un transport de nombreux passagers (aile volante par exemple). 3048412 3 Exposé détaillé : 5 En référence à ces dessins, l'aéronef comporte : - Soit un fuselage (1) où se positionnent les pilotes (2) et passagers (3), 2 ailes (4) de part et d'autres du fuselage, selon 10 les figures 6 et 7, ou 2 paires d'ailes de chaque côté du fuselage (5) dans le cas d'un biplan, selon les figures 1, 2, 3 et 4, qui permettent de réaliser la sustentation en vol horizontal. - Soit une aile volante (6), selon les figures 7 et 8, qui permet à la fois de loger pilotes et passagers et de réaliser la 15 sustentation en vol horizontal. - Au moins 3 moyens de propulsion (7). Soit X l'axe de roulis de l'Aéronef (10), Y son axe de tangage (8), Z son axe de lacet (9) et G son centre de gravité (31). Les moyens 20 de propulsion (7) seront disposés de manière à ce qu'ils génèrent une poussée selon l'axe X (10) et qu' : - Il y ait au moins un moyen de propulsion qui soit 25 d'un côté du plan perpendiculaire à Y et passant par G et au moins un autre moyen de propulsion qui soit de l'autre côté du plan perpendiculaire à Y et passant par G. L'éloignement suffisant de ces moyens de propulsion par rapport au plan 30 perpendiculaire à Y et passant par G et leur répartition de part et d'autre de ce plan permet le contrôle de l'aéronef en lacet par une poussée différenciée de ces moyens de propulsion qui génère un moment de rotation en lacet par rapport 35 au centre de gravité de l'aéronef. - Il y ait au moins un moyen de propulsion qui soit d'un côté du plan perpendiculaire à Z et passant par G et au moins un autre moyen de propulsion qui 3048412 4 soit de l'autre côté du plan perpendiculaire à Z et passant par G. L'éloignement suffisant de ces moyens de propulsion par rapport au plan perpendiculaire à Z et passant par G et leur 5 répartition de part et d'autre de ce plan permet le contrôle de l'aéronef en tangage par une poussée différenciée de ces moyens de propulsion qui génère un moment de rotation en tangage par rapport au centre de gravité de l'aéronef. 10 Par exemple, dans le cas d'un aéronef comportant 3 moyens de propulsion (7) et 2 paires d'ailes (5), soit un biplan selon la figure 3 et 4, l'un des moyens de propulsion pourra être sur l'aile supérieure au-dessus du fuselage (11) et les 2 autres 15 repartis de façon symétrique à gauche (12) et à droite (13) sur le plan inférieur. Le fait d'augmenter la poussée du moyen de propulsion droit (13) pour qu'elle soit supérieure à celui de gauche (12) générera un mouvement de lacet par l'avance plus rapide du 20 côté droit que du gauche. Le mouvement inverse peut être généré en inversant la valeur relative des poussées. Dans le même esprit, le fait d'augmenter la poussée du moyen de propulsion du plan supérieur (11) pour qu'elle soit supérieure au cumul de la poussée du gauche (12) et du droit (13) 25 générera un mouvement de tangage. Le mouvement inverse peut être généré en inversant la valeur relative des poussées. Le contrôle en roulis pourra éventuellement être géré par vitesse de rotation différentielle des hélices. Dans le cas de l'aéronef comportant 3 moyens de propulsion (7) avec des 30 hélices contrarotatives (24) et 2 paires d'ailes (5), soit un biplan selon les figures 3 et 4, le fait d'augmenter la vitesse de rotation des hélices tournant dans le même sens en maintenant ou baissant la vitesse de rotation des hélices tournant dans l'autre sens, génèrera un mouvement de l'aéronef en roulis. 35 Autre exemple, dans le cas d'un aéronef comportant 4 moyens de propulsion et 1 paire d'aile, soit un monoplan selon les figures 5 et 6, 2 moyens de propulsion pourront être fixés de 3048412 5 façon symétrique à gauche (18) et à droite (19) au-dessus du plan des ailes et les 2 autres fixés de façon symétrique à gauche (20) et à droite (21) au-dessous du plan des ailes. Des dispositifs de type saumon de bout d'aile et mât réacteur (22 et 5 23) porteront ces moyens de propulsion et permettront d'assurer un éloignement suffisant entre les moyens de propulsion. Le fait d'augmenter la poussée des moyens de propulsion droits (19 et 21) pour qu'elle soit supérieure à celle de moyens 10 de propulsion de gauche (18 et 20) générera un mouvement de lacet par l'avance plus rapide du côté droit que du gauche. Le mouvement inverse peut être généré en inversant la valeur relative des poussées. Dans le même esprit, le fait d'augmenter la poussée des 15 moyens de propulsion situés au-dessus du plan des ailes (18 et 19) pour qu'elle soit supérieure à celles des moyens de propulsion situés au-dessous du plan des ailes (20 et 21) générera un mouvement de tangage. Le mouvement inverse peut être généré en inversant la valeur relative des poussées. 20 Le contrôle en roulis pourra éventuellement être géré par vitesse de rotation différentielle des hélices. Dans le cas de l'aéronef comportant 4 moyens de propulsion (7) avec des hélices uniques par moyen de propulsion dont 2 tournant dans un sens (25) et les 2 autres dans l'autre sens (26) et 1 paire 25 d'ailes (4), soit un monoplan selon les figures 5 et 6, le fait d'augmenter la vitesse de rotation des hélices tournant dans le même sens (25) en maintenant ou baissant la vitesse de rotation des hélices tournant dans l'autre sens (26), génèrera un mouvement de l'aéronef en roulis. 30 L'aéronef pourrait avoir en complément et de façon redondante des commandes de vol classiques du type ailerons, plan horizontal et vertical arrières sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 35 Avant le décollage, l'aéronef repose sur le sol à l'aide de supports, pieds ou ski à l'arrière de l'aéronef (27) selon les figures 1, 3, 5, 7. L'assise du siège du ou des pilotes (28) et des passagers (29) sont en position horizontale. 3048412 6 Le décollage s'effectue grâce à la poussée des moyens de propulsion dont la somme doit être supérieure au poids de l'aéronef dans cette phase du vol. L'attitude de l'aéronef est contrôlée dans cette phase du vol en lacet, tangage et roulis selon les modes décrits 5 plus haut pour maintenir globalement un avancement de l'aéronef vers le haut, les moyens de propulsion (7) étant alors approximativement dans un même plan horizontal jusqu'à ce qu'une altitude suffisante ait été atteinte. 10 L'aéronef bascule alors progressivement son sens d'avancement de la verticale vers l'horizontal par une action en tangage telle que décrite plus haut. L'assise du siège du ou des pilotes (28) et des passagers (29) reste 15 en position horizontale par une rotation inverse au sens de basculement de l'aéronef et coordonnée par exemple à l'aide d'une centrale de calcul inertiel. L'aéronef passe alors en croisière selon les figures 2, 4, 6, 8, les moyens de propulsion (7) étant alors approximativement dans un 20 même plan vertical. Au fur et à mesure du basculement de l'aéronef de la phase de décollage à celle de vol de croisière et de l'augmentation de sa vitesse horizontal, les ailes de l'aéronef génèrent de plus en plus de 25 portance jusqu'à assurer la sustentation totale de l'aéronef en croisière. En croisière, les ailes (4, 5 ou 6) génèrent la portance de l'aéronef et les moyens de propulsion (7) son déplacement horizontal. 30 De la même façon, l'aéronef basculera du vol en croisière au mode d'atterrissage grâce à la poussée différentielle des moyens de propulsion (7) qui créera une action en tangage du type de celle décrite plus haut faisant passer progressivement l'axe de poussée 35 des moyens de propulsion (7) de l'horizontal à la verticale orientée vers le haut. L'assise du siège du ou des pilotes (28) et des passagers (29) reste en position horizontale par une rotation inverse au sens de basculement de l'aéronef et coordonnée par exemple à l'aide d'une 3048412 7 centrale de calcul inertiel. Après le basculement, l'aéronef est alors en palier, dans la même position que les figures 1,3, 5, 7 l'axe de poussée des moyens de 5 propulsion (7) étant orientée vers le haut et la somme de leurs poussées étant égale au poids de l'aéronef. La descente s'effectue en diminuant un peu la poussée des moyens de propulsion (7) dont la somme doit être alors un peu inférieure au poids de l'aéronef. L'attitude de l'aéronef est contrôlée dans cette 10 phase du vol en lacet, tangage et roulis selon les modes décrits plus haut pour maintenir les moyens de propulsion (7) approximativement dans un même plan horizontal. L'aéronef atterrit lorsqu'il atteint le sol à la fin de la descente et repose sur le sol à l'aide des supports, pieds ou ski situés à l'arrière 15 de l'aéronef (27). La visibilité du pilote peut être assurée par des surfaces transparentes disposées sur le fuselage (1) ou l'aile volante (6) en fonction du cas concerné. Ces surfaces transparentes seront 20 disposées de manière à ce que l'une d'entre elles soit face à ses yeux au décollage et à l'atterrissage et qu'une autre soit face à ses yeux en vol de croisière. Les commandes de vol et instruments (30) sont solidaires du siège 25 du ou des pilotes (28). Les commandes de vol et instruments (30) fonctionnent au moyen de transmissions électriques (commandes électriques) ou radio pour éviter des renvois mécaniques complexes entre le siège du pilote et le reste de l'aéronef. Les commandes de vol (30) permettent entre autres de modifier puissance et vitesse des 30 moyens de propulsion pour contrôler l'aéronef en tangage, lacet et roulis. Indication de la manière dont l'invention est susceptible d'application industrielle : 35 L'invention peut être un aéronef transportant un pilote et quelques passagers ou un aéronef transportant plusieurs pilotes et de nombreux passagers par exemple dans le cadre d'une aile volante (figures 7 et 8) comportant en son sein plusieurs rangées de sièges 3048412 8 de passagers (figure 10). L'aéronef pourrait ne transporter qu'un pilote sans pour autant sortir du cadre de l'invention. L'aéronef pourrait transporter un ou des passagers et ne pas avoir de pilote et être contrôlé du sol au moyen de commandes radio ou par un pilote automatique sans pour autant sortir du cadre de l' invention. 5 REVENDICATIONS: 1) Aéronef pouvant transporter des pilotes (2) et des passagers (3) et pouvant décoller et atterrir à la verticale et voler de façon 5 horizontale caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins une aile (4, 5, 6) qui permette de réaliser la sustentation en vol horizontal, 10 au moins 3 moyens de propulsion (7) disposés de manière à ce qu'ils génèrent une poussée selon l'axe de roulis de l'aéronef (10) et : - qu'il y ait au moins un moyen de propulsion qui 15 soit d'un côté du plan perpendiculaire à l'axe de tangage de l'aéronef (8) et passant par son centre de gravité (31) et au moins un autre moyen de propulsion qui soit de l'autre côté du plan perpendiculaire à l'axe de tangage de l'aéronef (8) et passant par son centre de gravité (31) 20 avec un éloignement suffisant de ces moyens de propulsion par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de tangage de l'aéronef (8) et passant par son centre de gravité (31), la répartition de part et d'autre de ce plan des moyens de propulsion et leur éloignement permettant 25 le contrôle de l'aéronef en lacet par une poussée différenciée de ces moyens de propulsion qui génère un moment de rotation en lacet par rapport au centre de gravité de l'aéronef (31), et, 30 - qu'il y ait au moins un moyen de propulsion qui soit d'un côté du plan perpendiculaire à l'axe de lacet (9) de l'aéronef et passant par son centre de gravité (31) et au moins un autre moyen de propulsion qui soit de l'autre côté du plan perpendiculaire à l'axe de lacet de l'aéronef 35 (9) et passant par son centre de gravité (31) avec un éloignement suffisant de ces moyens de propulsion par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de lacet de l'aéronef (9) et passant par son centre de gravité (31), la répartition de part et d'autre de ce plan des moyens de 3048412 10 propulsion et leur éloignement permettant le contrôle de l'aéronef en tangage par une poussée différenciée de ces moyens de propulsion qui génère un moment de rotation en tangage par rapport au centre de gravité de l'aéronef (31), ce contrôle en tangage de l'aéronef par poussée différenciée des moyens de propulsion (7) permettant notamment le passage par bascule de l'aéronef du mode décollage où la poussée des moyens de propulsion est orientés à la verticale vers le haut (la sustentation étant alors exclusivement réalisée par les moyens de propulsion (7)), au vol dit de croisière où la poussée des moyens de propulsion est orientée horizontalement, ainsi que le passage par bascule de l'aéronef du mode de vol dit de croisière où la poussée des moyens de propulsion est orientée horizontalement au mode atterrissage où la poussée des moyens de propulsion est orientée à la verticale vers le haut (la sustentation étant alors exclusivement réalisée par les moyens de propulsion (7)). 2) Aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un certain nombre des hélices ou soufflantes des moyens de propulsion (7) tournent dans un sens et le reste dans l'autre, ce qui permet le 25 contrôle en roulis de l'aéronef par mise en oeuvre d'une vitesse de rotation différente pour les hélices ou soufflantes des moyens de propulsion (7) tournant dans un sens par rapport à la vitesse de celles tournant dans l'autre sens, ce qui génère un couple de rotation selon l'axe de roulis de l'aéronef (10). 30 3) Aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce que les sièges des pilotes (28) et des passagers (29) peuvent effectuer un mouvement de rotation par rapport au reste de l'aéronef de manière à maintenir l'assise des sièges à l'horizontal (28 et 29) lors de la 35 bascule de l'aéronef du décollage au vol de croisière et du vol de croisière à l'atterrissage. 4) Aéronef selon la revendication 3 caractérisé en ce que les commandes de vol et instruments (30) sont solidaires du siège des 3048412 11 pilotes (28) et que les commandes de vol et instruments (30) fonctionnent au moyen de transmissions électriques (commandes électriques) ou radio pour éviter des renvois mécaniques complexes entre le siège du pilote et le reste de l'aéronef. 5 5) Aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des supports, pieds ou ski à l'arrière de l'aéronef (27) lui permettant de reposer sur le sol avant le décollage et après l'atterrissage.