Brevet FR3068333A1 — publié le 20190104

Mécanisme de battement d'aile Description Domaine technique de l'invention. L'invention a pour objet un mécanisme de battement d'aile. Elle a également pour objet un aéronef se mouvant dans l'air par battement d'ailes. Elle concerne le domaine technique des mécanismes de battement d'aile pour utilisation dans des machines volantes telles que aéronefs (avec ou sans pilote), des drones ou des jouets volants, et plus particulièrement ceux imitant le vol d'un oiseau dont ils peuvent avoir l'apparence. Divulgation de l'invention. Dans les aéronefs imitant le vol d'un oiseau, le mécanisme d'actionnement 20 des ailes comporte généralement deux leviers oscillants - ou pieds d'ailes - reliés ou destinés à être reliés, chacun à une poutre d'aile monobloc sur laquelle est fixé le bord antérieur d'une voilure souple constituant les ailes. Ces dernières battent verticalement, de bas en haut, en restant orientées à l'horizontal. En principe, ce type de battement d'aile suffit à assurer la sustentation de l'aéronef. 25 Toutefois, les mécanismes de battement d'aile existants ne permettent pas à l'aéronef d'atteindre des vitesses en vol élevées. L'invention vise à remédier à cet état des choses. 10 15 30 Conformément à l'invention, le mécanisme de battement d'aile comprend : 2 - un cadre principal, - une paire de structures d'aile opposées faisant saillie latéralement à partir du cadre principal, chaque structure d'aile comprenant : o une première poutre ayant une extrémité proximale et une extrémité 5 distale, - l'extrémité proximale de la première poutre est reliée à un côté respectif du cadre principal par une première articulation7 - l'extrémité distale de la première poutre est pourvue d'une seconde articulation triaxiale, - une première voilure est fixée sur la première poutre, o une seconde poutre ayant une extrémité proximale et une extrémité distale, - l'extrémité proximale de la seconde poutre est reliée à la seconde articulation triaxiale, - l'extrémité distale de la seconde poutre est libre, - une seconde voilure est fixée sur la seconde poutre, - un agencement de liaisons pour convertir la rotation d'un moteur en un mouvement d'aile cyclique tridimensionnelle de chacune des ailes. Ce mécanisme permet à l'aéronef d'atteindre des vitesses en vol de deux à dix fois supérieure à celles d'aéronef intégrant un mécanisme du type décrit dans les documents brevets FR 1.604.345 (G. VAN RUYMBEKE), EP 0.449.922 (G. VAN RUYMBEKE) ou encore FR 2.934.789 (E. VAN RUYMBEKE). Cette structure d'aile à deux poutres combinée à l'agencement des articulations assurent notamment un mouvement angulaire vers l'arrière de la seconde poutre - et de la voilure associée - permettant de générer un « pas » (par analogie à une hélice) bien supérieur au pas d'une aile battant verticalement. En d'autres termes, la seconde voilure ne va plus être orientée à l'horizontale, mais va s'incliner pour prendre l'air en avant de l'aéronef et le projeter vers l'arrière, générant une force propulsant l'aéronef vers l'avant. Ainsi, à vitesse de battement 3 égale, la vitesse de propulsion de l'aéronef sera démultipliée par rapport à un aéronef employant un mécanisme d'actionnement d'aile classique. 5 Description des figures. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non 10 limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 schématise un exemple de mécanisme de battement d'aile conforme à l'invention, - la figure 2 détaille une structure d'aile, et plus particulièrement les articulations de la première poutre, 15 - la figure 3 schématise les courbes décrites par les extrémités distales de la première poutre et de la seconde poutre, selon une première configuration de l'agencement de liaison, - la figure 4 schématise les courbes décrites par les extrémités distales de la première poutre et de la seconde poutre, selon une seconde configuration de 20 l'agencement de liaison. Modes préférés de réalisation de l'invention. 25 En se rapportant aux figures 1 et 2, le mécanisme de battement d'aile A comprend : - un cadre principal 1, - une paire de structures d'aile opposées 2 faisant saillie latéralement à partir du cadre principal 1, chaque structure d'aile 2 comprenant : 30 o une première poutre 3 ayant une extrémité proximale 30 et une extrémité distale 31, 4 - l'extrémité proximale 30 de la première poutre 3 est reliée à un côté respectif du cadre principal 1 par une première articulation 101, - l'extrémité distale 31 de la première poutre 3 est pourvue 5 d'une seconde articulation triaxiale 102, - une première voilure V1 est fixée sur la première poutre 3, o une seconde poutre 4 ayant une extrémité proximale 40 et une extrémité distale 41, - l'extrémité proximale 40 de la seconde poutre 4 est reliée à la 10 seconde articulation triaxiale 102, - l'extrémité distale 41 de la seconde poutre 4 est libre, - une seconde voilure V2 est fixée sur la seconde poutre 4. Un agencement de liaisons est adapté pour convertir la rotation d'un moteur 15 (non représenté) en un mouvement d'aile cyclique tridimensionnelle de chacune des ailes A. L'agencement de liaisons est configuré de sorte que la première poutre 3 est mise en rotation de manière à décrire une surface en cône de révolution dont 20 ladite première poutre est la génératrice et la première articulation 101 le sommet. Comme illustré sur les figures 3 et 4, la seconde articulation triaxiale 102 décrit une courbe directrice Ti qui est circulaire. La seconde poutre 4 est mise en rotation de manière à décrire, dans un référentiel dont la référence est la seconde articulation triaxiale 102, une surface en cône dont ladite seconde poutre est la 25 génératrice et ladite seconde articulation triaxiale le sommet, l'extrémité distale 41 de la seconde poutre 4 décrivant une courbe directrice T2. Cette courbe T2 a une forme générale en ellipse, dont le grand rayon est incliné par rapport à la verticale. Ce grand rayon est également supérieur au rayon maximal de la courbe Ti. La voilure V2 a ainsi une trajectoire de grande amplitude. La trajectoire de la voilure 30 V2 lui permet de s'incliner par rapport à l'horizontal de façon à générer un « pas ». Lorsque l'extrémité distale 41 de la seconde poutre 4 atteint le point haut de la 5 courbe T2, la voilure V2 redescend en prenant l'air vers l'avant et le pousse vers l'arrière de l'aéronef, conférant une grande vitesse à ce dernier. En outre, le fait que le mouvement de la première poutre 3 soit circulaire, et 5 non pas vertical alternatif, annule ou limite les problèmes liés à l'inertie de l'aile A elle-même (causés par sa masse qui est accélérée puis arrêtée à chaque cycle). Ici, l'aile A, et plus particulièrement la voilure V1, tourne comme une hélice. Il est ainsi possible d'augmenter la vitesse de rotation de la première poutre 3, sans déformation excessive de la structure de l'aile due à l'inertie. On pourra donc 10 obtenir à la fois une vitesse supérieure de l'aéronef à même vitesse de battement, mais aussi une bien plus grande vitesse de battement. Ces deux facteurs agissent en synergie pour démultiplier la vitesse de vol de l'aéronef. Sur les figures annexées, l'agencement de liaisons comprend une première 15 bielle 5 ayant une extrémité proximale 50 et une extrémité distale Si. L'extrémité proximale 50 est reliée à un côté respectif du cadre principal 1 par une troisième articulation triaxiale 103. L'extrémité distale Si est reliée à la seconde articulation triaxiale 102 par une quatrième articulation triaxiale 104. 20 Sur les figures annexées, l'agencement de liaisons comprend en outre une seconde bielle 6 ayant une extrémité proximale 60 et une extrémité distale 61. L'extrémité proximale 60 est reliée à un côté respectif du cadre principal 1 par une cinquième articulation triaxiale 105. L'extrémité distale 61 est reliée à la seconde articulation triaxiale 102 par une sixième articulation triaxiale 106. 25 La troisième articulation triaxiale 103 est fixée sur une glissière 203 aménagée sur le côté respectif du cadre principal 1. Cette glissière 203 est monté glissante dans un rail de guidage 303 vertical. Un moyen de blocage permet de bloquer la glissière 203 en position dans le rail de guidage 303. 30 6 De même, la cinquième articulation triaxiale 105 est fixée sur une glissière 205 aménagée sur le côté respectif du cadre principal 1. Cette glissière 205 est monté glissante dans un rail de guidage 305 horizontal. Un moyen de blocage permet de bloquer la glissière 205 en position dans le rail de guidage 305. 5 Les deux rails 303 et 305 se rejoignent sensiblement au niveau de la première articulation 101. Les glissières 203, 205 sont ainsi aménagées de manière à ce que la 10 troisième articulation triaxiale 103 et la cinquième articulation triaxiale 105 puissent s'écarter et/ou se rapprocher de la première articulation 101, cet écartement et/ou se rapprochement modifiant la forme de la courbe directrice T2 décrite par l'extrémité distale 41 de la seconde poutre 4. La vitesse de vol de l'aéronef peut ainsi être modifiée en modifiant la position de la la troisième 15 articulation triaxiale 103 et/ou de la cinquième articulation triaxiale 105. Sur les figures 1 et 2, la première voilure V1 comprend une partie avant et une partie arrière. La partie avant est fixée sur la première poutre 3. La partie arrière est pourvue d'une tige 7 montée glissante dans une glissière latérale 70. 20 Cette glissière 70 est horizontale. En pratique, les articulations triaxiales 102, 103, 104, 105, 106 sont des liaisons rotule ayant trois degrés de liberté en rotation (axe x, y, z). 25 En se rapportant à la figure 2, l'articulation 101 comprend deux pièces sensiblement cylindriques 101a, 101b. L'axe de la pièce 101a est sensiblement normal au cadre principal 1 et entrainé en rotation par l'arbre du moteur (axe x). L'axe de la pièce 101b forme un angle de quelques degrés (par exemple compris entre 2° et 20°) avec celui de la pièce 101a. Ainsi, lorsque l'arbre du moteur est 30 mis en rotation, la seconde pièce 101b décrit une surface en cône de révolution dont la première pièce 101a est le sommet. La première poutre 3, axée dans la - 7 - seconde pièce 101b décrit la même surface en cône. La première poutre 3 est avantageusement montée libre en rotation dans l'axe de la seconde pièce 101b, par exemple au moyen de roulements. La première poutre 3 est ainsi libre de tourner sur elle-même, c'est-à-dire autour de son axe longitudinal. 5 Préférentiellement, la tige 7 s'étend dans toute la largeur de la première voilure V1, et est solidarisée rigidement à la première poutre 3, perpendiculairement à celle-ci. Etant donné que la tige 7 est maintenue dans la glissière latérale 70, la première poutre 3 est contrainte à tourner dans la seconde pièce 101b de façon à garder ses plans axiaux toujours pratiquement parallèles à eux même au cours du 10 mouvement. Aussi, la première voilure V1 reste quasiment systématiquement à l'horizontale. Dans une variante de réalisation, la première poutre 3 est assemblée rigidement à la seconde pièce 101b. Dans ce cas, les extrémités 30 et 31, peuvent 15 se présenter sous la forme de paliers montés libre en rotation dans l'axe de la seconde pièce 101b, autour de la première poutre 3. La tige 7 est dans ce cas solidaire du palier 30 de sorte que la première voilure V1 reste quasiment systématiquement l'horizontale. L'agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de 20 l'invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. REVENDICATIONS1. Mécanisme de battement d'aile (A) comprenant: - un cadre principal (1), - une paire de structures d'aile opposées (2) faisant saillie latéralement à partir du cadre principal (1), chaque structure d'aile (2) comprenant : o une première poutre (3) ayant une extrémité proximale (30) et une extrémité distale (31), - l'extrémité proximale (30) de la première poutre (3) est reliée à un côté respectif du cadre principal (1) par une première articulation (101), - l'extrémité distale (31) de la première poutre (3) est pourvue d'une seconde articulation triaxiale (102), - une première voilure (V1) est fixée sur la première poutre (3), o une seconde poutre (4) ayant une extrémité proximale (40) et une extrémité distale (41), - l'extrémité proximale (40) de la seconde poutre (4) est reliée à la seconde articulation triaxiale (102), - l'extrémité distale (41) de la seconde poutre (4) est libre, - une seconde voilure (V2) est fixée sur la seconde poutre (4), - un agencement de liaisons pour convertir la rotation d'un moteur en un mouvement d'aile cyclique tridimensionnelle de chacune des ailes (A). 2. Mécanisme selon la revendication 1, dans lequel l'agencement de liaisons est configuré de sorte que la première poutre (3) est mise en rotation de manière à décrire une surface en cône de révolution dont ladite première poutre est la génératrice et la première articulation (101) le sommet, la seconde articulation triaxiale (102) décrivant une courbe directrice (Ti) circulaire. -9- 3. Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'agencement de liaisons est configuré de sorte que : - la première poutre (3) est mise en rotation de manière à ce que la seconde articulation triaxiale (102) décrive une courbe directrice (Ti) circulaire, 5 - la seconde poutre (4) est mise en rotation de manière à décrire, dans un référentiel dont la référence est la seconde articulation triaxiale (102), une surface en cône dont ladite seconde poutre est la génératrice et ladite seconde articulation triaxiale le sommet, l'extrémité distale (41) de la seconde poutre (4) décrivant une courbe directrice (T2). 10 4. Mécanisme selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'agencement de liaisons comprend : - une première bielle (5) ayant une extrémité proximale (50) et une extrémité distale (51), 15 o l'extrémité proximale (50) de la première bielle (5) est reliée à un côté respectif du cadre principal (1) par une troisième articulation triaxiale (103), o l'extrémité distale (51) de la première bielle (5) est reliée à la seconde articulation triaxiale (102) par une quatrième articulation 20 triaxiale (104), - une seconde bielle (6) ayant une extrémité proximale (60) et une extrémité distale (61), o l'extrémité proximale (60) de la seconde bielle (6) est reliée à un côté respectif du cadre principal (1) par une cinquième articulation 25 triaxiale (105), o l'extrémité distale (61) de la seconde bielle (6) est reliée à la seconde articulation triaxiale (102) par une sixième articulation triaxiale (106). - 10 - 5. Mécanisme selon la revendication 4, dans lequel la troisième articulation triaxiale (103) est fixée sur une glissière (203) aménagée sur le côté respectif du cadre principal (1). 5 6. Mécanisme selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la cinquième articulation triaxiale (105) est fixée sur une glissière (205) aménagée sur le côté respectif du cadre principal (1). 7. Mécanisme selon les revendications 2, 3, 5 et 6 prises en combinaison, 10 dans lequel les glissières (203, 205) sont aménagées de manière à ce que la troisième articulation triaxiale (103) et la cinquième articulation triaxiale (105) puissent s'écarter et/ou se rapprocher de la première articulation (101), cet écartement et/ou se rapprochement modifiant la forme de la courbe directrice (T2) décrite par l'extrémité distale (41) de la seconde poutre (4). 15 8. Mécanisme selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première voilure (V1) comprend une partie avant et une partie arrière, la partie avant étant fixée sur la première poutre (3), la partie arrière étant pourvue d'une tige (7) montée glissante dans une glissière latérale (70). 20 9. Aéronef se mouvant dans l'air par battement d'ailes, lesquels ailes sont mues par un mécanisme de battement d'aile, caractérisé en ce que ledit mécanisme est conforme à l'une des revendications 1 à 8. 25 10. Aéronef selon la revendication 9, se présentant sous la forme d'un jouet volant ou d'un drone.