FR 2676004 A1 19921106 FR 9105318 A 19910430 4 2676004 J O U E T V O L A N T L'invention concerne un nouveau type de jouets volants. Un premier objet de l'invention est un jouet volant de type nouveau qui, d'une part, présente une sécurité totale d'emploi et un prix de revient particulièrement faible et, d'autre part, peut être utilisé plusieurs fois de suite sans nécessiter de dépense supplémentaire. Un deuxième objet de l'invention est un jouet volant de type nouveau, construit à partir d'un élément de base parfai- tement banal, détourné de sa fonction usuelle, associé à un premier organe spécifique nouveau. Un troisième objet de l'invention est un jouet volant de type nouveau, construit à partir d'un élément de base parfai- tement banal, détourné de sa fonction usuelle, associé audit15 premier organe spécifique nouveau et à un second, de nature différente. Un quatrième objet de l'invention est un premier et un second organe spécifique nouveau, permettant de construire deux modèles de jouets volants de type nouveau, à partir de20 petits objets offerts en cadeaux ou gratuitement mis à la dis- position des enfants par certaines entreprises, notamment par celles de restauration rapide. Selon l'invention, un jouet volant de type nouveau est caractérisé en ce qu'il comporte: un ballon à paroi fortement extensible, muni d'un appendice de gonflage; une tuyère, en forme d'entonnoir relativement rigide, enga- gée autour de l'appendice et fixée sur lui, de manière à faire corps avec le ballon lorsqu'il est gonflé. Grâce à la tuyère,en forme d'entonnoir relativement ri- gide, ainsi mise en place autour de l'appendice souple de gon- flage d'un ballon de baudruche en caoutchouc de type courant, celui-ci devient, une fois gonflé, un important réservoir d'é-35 nergie et, en fait, un moteur-fusée, parfaitement utilisable pour propulser ce même ballon d'une manière relativement con- -2- trôlée De la sorte, on en fait un jouet volant à réaction d'un type nouveau qui, en dépit de sa simplicité exceptionnel- le, présente déjà un certain intérêt Ce qui, à l'évidence, ne peut être le cas en l'absence d'une telle tuyère, puisqu'a-05 lors la direction du jet d'air à la sortie de l'appendice sou- ple du ballon, est totalement aléatoire Dans ces conditions, un jouet volant à réaction de type nouveau selon l'invention, ainsi réduit à sa plus simple expression, est adapté à suivre une trajectoire relativement régulière bien qu'assez indéter-10 minée, pendant tout le temps de dégonflement du ballon Un tel jouet peut toutefois être aisément perfectionné. Selon la caractéristique complémentaire d-'une première forme de réalisation perfectionnée de l'invention, un premier jouet volant de type nouveau comporte en outre, un dispositif stabilisateur de trajectoire, constitué par trois tiges creu- ses relativement rigides empennées, disposées en trépied et fermement engagées sur trois ergots de fixation prévus à cet effet sur la tuyère. 20 Grâce à cette disposition, au moyen de trois chalumeaux à boire et de trois rectangles de bristol utilisés comme em- pennages, la trajectoire d'un premier jouet volant nouveau, de type ballon-fusée, peut, après quelques réglages simples, être aisément fixée à l'avance On notera, dès à présent, que dans25 le cas d'une trajectoire verticale d'un tel jouet volant à ré- action, construit à partir d'un ballon de baudruche usuel,la hauteur maximale que ce jouet est susceptible d'atteindre, est d'une dizaine de mètres. Selon la caractéristique complémentaire d'une seconde forme de réalisation perfectionnée de l'invention, un second jouet volant de type nouveau comprend en outre, un propulseur constitué par: une- turbine adaptée à être installée au débouché du goulot de la tuyère; une hélice rigidement liée à la turbine. Grâce à ces dispositions, on réalise un second jouet vo- lant nouveau, dont le rendement est plusieurs fois supérieur à -3- celui du premier Comme cela sera expliqué en détail ci-après, le ballon propulsé par une hélice entraînée par une turbine traversée par le jet d'air s'échappant du goulot de la tuyère, s'élève beaucoup plus haut que dans le cas précédent, jusqu'à05 plusieurs dizaines de mètres, avec un ballon de baudruche usuel. Lorsque le serveur d'un restaurant de restauration rapi- de remet à un jeune client, trois chalumeaux pour boire son jus de fruit et une petite valise en bristol pour emporter sa commande et qu'à cela il ajoute en cadeau un ballon de baudru- che portant sa marque et un petit entonnoir constituant une tuyère selon l'invention (tous objets qui ne coûtent pas très cher), il lui donne en fait, les moyens de construire un jouet15 volant à réaction particulièrement attractif Pour ce faire, les parois intérieures de la petite valise porteront, d'une part, des pointillés délimitant les contours des ailerons à découper et, d'autre part, les instructions pour la construc- tion du jouet Un tel premier jouet volant de type nouveau20 est, tout d'abord, intéressant pour l'enfant qui va le cons- truire et le faire voler Il l'est également pour tous ceux qui le regarderont faire A cela, il faut bien entendu ajou- ter, que les petits objets, ainsi fournis par le restaurant, donnent en fait à l'enfant, les moyens et le désir d'assembler25 et de présenter gratuitement pour le compte de l'entreprise, un article publicitaire de type nouveau. Si les petits objets ainsi remis en cadeaux par le res- taurant comprennent également un propulseur du type turbine- hélice conforme à l'invention, l'impact sur les cibles concer-30 nées, du second jouet volant de type nouveau, susceptible dlê- tre alors réalisé, sera bien évidemment beaucoup plus grand que pour le premier. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparai- tront d'une manière plus précise à la suite de la description ci-après de deux formes particulières de réalisation de l'in- vention, présentées à titre d'exemples non limitatifs, en ré- férence aux dessins annexés dans lesquels: -4- la figure 1 représente une coupe axiale d'un premier jouet volant selon l'invention; la figure 2 représente une vue de dessus d'une tuyère selon l'invention; les figures 3 et 4 représentent respectivement une vue de dessous et une coupe du propulseur selon l'invention; les figures 5 et 6 représentent respectivement une vue de profil et une coupe du support du propulseur selon l'inven- tion.10 Selon la figure 1, un premier jouet volant de type nou- veau selon l'invention, comprend tout d'abord, un ballon de baudruche en caoutchouc 10, de type usuel, pourvu d'un appen- dice souple de gonflage 12 Un tel ballon 10 pèse 2 gr à vide.15 Gonflé au mieux par un enfant, il contient environ 15 litres d'air avec une surpression de 20 hectopascals, l'énergie stoc- kée étant alors de 30 Joules Son diamètre est alors de 30 cm environ et la surface de sa paroi tendue est à peu près seize fois supérieure à celle qu'elle possède à vide Au ballon 1020 et à son appendice 12, est associée une tuyère 14, en plasti- que thermoformé relativement rigide, pesant 0,5 gr La tuyère 14 a la forme d'un petit entonnoir comprenant, d'une part, un vase conique 16 de 4 cm de diamètre et de 1 cm de profondeur et, d'autre part, un goulot cylindrique 18 de 3 cm de haut et25 de 1 cm de diamètre intérieur La tuyère 14 a été engagée sur l'appendice 12 lorsque le ballon 10 était vide Cette opéra- tion a été réalisée de manière que, par la suite, le vase conique 16 de la tuyère 14 puisse faire corps avec la paroi tendue du ballon 10 gonflé Pour ce faire, une partie impor-30 tante de l'appendice souple 12 est retournée sur l'extérieur du goulot 18 de la tuyère 14, le bourrelet élastique 20 qui termine l'appendice 12, assurant un maintien efficace de la tuyère 14 dans sa position initiale Dans ces conditions, la section de passage offerte au jet d'air traversant l'appendice35 12 raidi par la tuyère 14, est de 0,75 cm et la poussée en- gendrée par ce jet est de 0,15 Newtons (produit de la surpres- sion par la section du jet). -5- Selon les figures 1 et 2, la tuyère 14 comporte, sur le bord extérieur du vase conique 16, trois ergots plats tels 22, de forme légèrement trapézoïdale, mesurant chacun 1 cm de long et 8 mm de large Ces ergots 22 sont disposés à 1200 les uns05 des autres et inclinés de telle manière que leurs axes font un angle de 600 avec l'axe de la tuyère 14 Sur chaque ergot 22, légèrement cambré à cet effet, est emmanché un chalumeau 24 de type usuel Un tel chalumeau pèse 0,7 gr et mesure 20 cm de long et 6 mm de diamètre intérieur A chaque extrémité libre10 des chalumeaux 24, est fixé un empennage 26 A cet effet, un 2 rectangle d'environ 5 x 3 cm, pourvu d'une languette centrale de fixation 28, de 8 mm de large et de 15 mm de long, a, tout d'abord, été découpé dans du bristol prévu à cet effet Chaque aileron ainsi préparé pèse sensiblement 0,25 gr Ensuite, ces15 rectangles ont été pliés par le milieu, suivant un angle de 600 et la languette de fixation 28 de chaque aileron 26 a été engagée dans un chalumeau 24. Selon les figures 3 et 4, un propulseur 30 selon l'inven- tion, est constituté par une hélice 32 à trois pales, dont la partie centrale est aménagée en turbine 34 Cette turbine 34 comporte des aubes ( 8 par exemple) telles 36, solidaires à la fois d'un moyeu 38 et d'une paroi externe 40 Ce propulseur 30 est réalisé en plastique injecté relativement souple Il mesu-25 re 12 cm de diamètre extérieur et pèse 4 gr environ. Selon les figures 5 et 6, le support du propulseur 30 selon l'invention, comprend un manchon cylindrique 42, pourvu à une extrémité, d'une barrette diamétrale 44 soutenant un bout d'arbre axial 46, dirigé vers l'extérieur et terminé par un petit renflement 48 Les dimensions du manchon 42 sont choisies pour qu'il puisse être fermement engagé sur le goulot 18 de la tuyère 14, en place sur l'appendice de gonflage 12 du ballon 10, la barrette 44 étant en appui sur le bord du gou- lot Le diamètre du renflement 48 est choisi pour que l'arbre 46 puisse, en forçant un peu, être engagé à la main dans le trou central du moyeu 38 La longueur et le diamètre du bout d'arbre 46 sont choisis pour que la turbine 34 puisse tourner -6- librement sur cet arbre, le renflement 46 interdisant à la turbine 34 de s'échapper au cours d'un vol. Lorsqu'un enfant reçoit, séparés les uns des autres, les éléments assemblés décrits aux figures 1 et 2, il peut commen- cer l'opération de montage de son jouet volant à réaction, en faisant passer l'appendice souple 16 du ballon 10, à travers le goulot cylindrique 18 de la tuyère 14, puis en en retournant une partie importante sur l'extérieur de ce goulot, il10 assemblera dans un premier temps, ballon et tuyère Ensuite, en découpant des ailerons 26 et leur languette centrale de fixation 28, suivant les pointillés du bristol prévu à cet effet, puis, en les pliant et en engageant la languette de chacun dans l'extrémité d'un chalumeau, l'enfant réalise, l'un15 après l'autre, les éléments constitutifs du dispositif stabilisateur de trajectoire de son jouet volant à réaction Chacun de ces éléments est alors engagé sur un des ergots 22 de la tuyère 14 Pour finir, l'enfant gonfle son ballon avec la bouche, le maintient bouché avec un doigt, le pose sur le sol20 en appui sur son trépied puis retire son doigt Aussitôt, le ballon-fusée s'élève assez rapidement. Les conditions dans lesquelles s'effectue cette ascen- sion, sont déterminées par les caractéristiques propres à cha- cun des éléments constitutifs du ballon-fusée: ballon, appen-25 dice, tuyère, chalumeaux et enpennages Compte-tenu des chif- fres donnés plus haut, le premier jouet volant de type nouveau prêt au départ, pèse dans l'air un peu moins de six grammes, le poids de l'air ( 20 gr) emmagasiné dans le ballon étant com- pensé par la poussée d'Archimède Avec les chiffres donnés30 plus haut, la vitesse initiale du jet dtair est de 60 m/sec et l'accélération verticale initiale du ballon-fusée, d'environ m/sec Cette vitesse et cette accélération initiales dimi- nuent progressivement au fur et à mesure que le ballon 10 se dégonfle et que décroît l'énergie potentielle emmagasinée dans35 sa paroi tendue Cette accélération commence par soulever lentement le ballon-fusée mais celui-ci prend rapidement (en 0,4 sec) une vitesse de croisière limite de 3 m/sec environ, sous l'effet de la résistance de l'air La poussée décroissan- -7- te du jet compense alors exactement le poids du ballon dans l'air et la traînée aérodynamique décroissante qu'il subit du fait de la diminution progressive de son volume Ensuite, la vitesse ascensionnelle du ballon-fusée diminue jusqu'à s'annu-05 ler un peu après la fin de la poussée du jet Il retombe a- lors, généralement en tournant, empennages levés La hauteur maximale à laquelle peut parvenir un premier jouet volant se- lon l'invention, réalisé au moyen d'un ballon de baudruche usuel, est d'une dizaine de mètres, le temps total de montée10 étant de cinq secondes environ Ce qui, en dépit du faible rendement énergétique de l'opération ( 5 %), constitue un ex- ploit remarquable pour un engin d'une telle simplicité Ce qui explique aussi, par avance, l'attrait que le premier jouet vo- lant selon l'invention ne manquera pas d'exercer sur les en-15 fants et sur leur désir d'avoir les moyens de le construire en plusieurs exemplaires. La description qui précède doit, bien entendu, être com- plétée par celle relative aux mouvements du ballon-fusée au- tour de son centre de gravité et aux écarts de sa trajectoire20 par rapport à la verticale Avec un ballon-fusée et son dispo- sitif de stabilisation de trajectoire décrit à la figure 1, l'expérience montre, d'une part, qu'une excellente stabilisa- tion en tangage est automatiquement réalisée et, d'autre part, que des réglages optimisés peuvent aisément être réalisés afin25 de lui faire suivre une trajectoire particulière. Pour ce qui concerne la stabilisation en tangage du bal- lon-fusée selon l'invention, on rappellera que ses deux axes de tangage passent par son centre de gravité Ce centre, comp- te-tenu des masses des éléments concernés et de leurs disposi-30 tions spatiales, est placé un peu en dessous du débouché du goulot 18 de la tuyère 14 En conséquence, la valeur totale de l'inertie en tangage du ballon-fusée selon l'invention, est très élevée puisqu'elle est la somme des moments d'inertie par rapport à ces deux axes de tangage, de la masse d'air emmaga-35 sinée dans le ballon, de ceux des éléments constitutifs du jouet volant complet et de ceux apportés par les importantes masses d'air déplacées par les mouvements du ballon autour de ses axes de tangage Il résulte de cet état de choses, que le -8tangage du ballon-fusée est par construction relativement lent et d'amplitude réduite En outre, pendant toute la phase de vitesse relativement élevée de ce premier jouet volant, selon l'invention, les mouvements de tangage sont rapidement corri-05 gés par l'augmentation de traînée des ailerons qui alors s'é- cartent de la ligne verticale passant par le centre de gravi- té du ballon-fusée. Pour ce qui concerne la stabilisation d'une trajectoire particulière assignée au ballon-fusée, les règlages consistent à modifier les engagements de chacun des chalumeaux (repérés par rapport à l'un d'eux, marqué à cet effet) sur les ergots de la tuyère (la longueur de ces ergots est choisie à cet ef- fet) et/ou de chacune des languettes de fixation des ailerons dans l'extrémité libre des chalumeaux Si l'on souhaite pour15 le ballon- fusée, une trajectoire aussi verticale que possible, les réglages consisteront à placer au mieux le centre de gra- vité du ballon-fusée sur l'axe de poussée de la tuyère Si l'on cherche à faire tourner le ballon-fusée d'un nombre de tours donné pendant son ascension, les réglages consisteront à20 tourner d'un angle adéquat au moins un chalumeau autour de son ergot de fixation, ce qui modifiera la position angulaire de son empennage. Si parmi les cadeaux remis par le restaurant à son jeune client, se trouvent le propulseur 30 et son support, décrits aux figures 3 à 6, un second jouet volant de type nouveau peut alors être réalisé Pour cela, l'enfant, après avoir monté la tuyère 14 sur l'appendice 12 du ballon 10, puis le manchon 42 du support du propulseur 30 sur le goulot 18 de la tuyère, met30 en place la turbine 34 sur le bout d'arbre 46 Il gonfle alors à la bouche le ballon 10, à travers la turbine 34 Dès que le gonflage est terminé, le ballon 10 est libéré, propulseur 30 tourné vers le sol. L'air qui s'échappe du goulot 18 de la tuyère 14, le fait maintenant à une vitesse beaucoup plus faible que dans le cas du premier jouet volant selon l'invention ( 10 m/sec au lieu de 60) Cela s'explique par le travail mécanique que le jet d'air doit produire en passant dans la turbine 34 soli- -9- daire de l'hélice 32 De la sorte, une importante énergie est récupérée qui, dans le premier cas, était perdue dans l'atmo- sphère Dès que l'hélice 32 tourne, sous l'action de la tur- bine 34, une force ascensionnelle est appliquée au ballon 10.05 L'amplitude de cette force est voisine de celle de la poussée produite par le ballon-fusée constitué par le premier jouet volant selon l'invention, mais sa durée est augmentée dans le rapport inverse des débits des deux jets d'air produits Un ballon de baudruche usuel, ainsi propulsé par une hélice, 10 pourra monter jusqu'à 60 m de haut, avec une vitesse de croi- sière de 3 m/sec, comme dans le cas du premier jouet La durée de ce vol sera de plus de 20 sec et le rendement énergétique de l'opération de l'ordre de 30 %. La stabilité de la trajectoire suivie par ce second jouet volant selon l'invention, est relativement grande Pour l'améliorer, au prix toutefois d'une réduction de la hauteur de l'ascension, l'enfant pourrer monter, sur les ergots de la tuyère, les chalumeaux dont il dispose, les empennages étant alors plans et, le cas échéant, en croix L'intérêt pour l'en-20 fant et pour l'entreprise concernée de ce second jouet volant selon l'invention, découle directement de ses performances. L'invention n'est, bien entendu, pas limitée aux formes particulières de réalisation qui viennent d'être décrites à titre d'exemples non-limitatifs. Il est en effet possible d'utiliser comme ballon-moteur, non plus un simple ballon de baudruche, mais un ballon beau- coup plus gros, par exemple du type utilisé en météorologie. Dans ce cas toutefois, un compresseur de gonflage sera néces-30 saire et les chalumeaux seront remplacés par des tiges creuses adéquates, d'un type disponible sur le marché Quant aux orga- nes spécifiques selon l'invention (tuyère et propulseur) qui seront associés à un ballon météorologique, leurs dimensions seront, bien entendu, choisies en accord avec celles du ballon35 utilisé. Une autre variante consistera à former (notamment par thermoformage) les tuyères selon l'invention, dans les couver- cles des gobelets utilisés dans les restaurants de restaura- -10- tion rapide ou, plus généralement, dans tout élément d'embal- lage relativement rigide, aisé à former et à découper Dans le cas des couvercles de gobelets, la forme du goulot des tuyères sera légèrement conique, de manière à permettre de les empiler05 par paquets Grâce à cette disposition, après avoir soigneu- sement découpé la tuyère selon l'invention dans le couvercle du gobelet dont il dispose, chaque client du restaurant sera en mesure, au moyen, d'une part, d'un ballon de baudruche (qu'il recevra en cadeau dans le restaurant ou qu'il achètera ailleurs) et, d'autre part, des chalumeaux qu'il récupèrera, de construire un ballon-fusée selon le premier type de jouet volant nouveau selon l'invention. Une autre variante consistera à réaliser la tuyère ( 14), non plus au moyen de plastique mince thermoformé ou injecté, mais au moyen de plastique expansé moulé relativement épais, du polystyrène par exemple Dans ce cas, la forme de petit en- tonnoir, que doit avoir la tuyère, pourra ne s'appliquer qu'à sa surface intérieure, sa surface extérieure étant quelconque,20 sous réserve toutefois, qu'elle comporte, d'une part, une par- tie amincie sur laquelle peut être retourné l'appendice souple du ballon et, d'autre part, en lieu et place des ergots 22 d'une tuyère en plastique mince, des petites cavités adaptées à servir de fixations aux tiges creuses ( 24). L'invention n'intéresse pas uniquement les entreprises qui peuvent en faire des cadeaux publicitaires La turbine 14 et le propulseur 30 selon l'invention peuvent, bien entendu, être commercialisés dans des kits de construction de l'un ou de l'autre type de jouet volant nouveau selon l'invention. -11 R E V E N D I C A T I O N S 1 Jouet volant de type nouveau, caractérisé en ce qu'il comprend: un ballon ( 10) à paroi fortement extensible, muni d'un ap- pendice de gonflage ( 12); une tuyère ( 14) relativement rigide ayant, au moins à l'in- térieur, la forme d'un entonnoir et, par ailleurs, étant adap- tée à être engagée autour de l'appendice ( 12) et à lui être fixée, de manière à faire corps avec le ballon ( 10) lorsqu'il est gonflé.10 2 Jouet volant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif stabilisateur de trajectoire, constitué par des tiges creuses ( 24) relativement rigides, fi- xées à la tuyère ( 14) et pourvues d'empennages ( 26).15 3 Jouet volant selon la revendication 2, caractérisé en ce que: le ballon ( 10) est un ballon de baudruche usuel; les tiges creuses ( 24) sont trois chalumeaux à boire; la tuyère ( 14) possède une paroi mince et est pourvue de trois ergots de fixation ( 22), disposés de manière que les chalumeaux forment un trépied; -les empennages ( 26) sont découpés dans une feuille de maté- riau relativement rigide. 4 Jouet volant selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce qu'il comprend en outre un propulseur ( 30) consti- tué par: une turbine ( 34), adaptée à être installée au débouché du goulot ( 18) de la tuyère ( 14) montée sur le ballon ( 10); une hélice ( 32), rigidement liée à la turbine ( 34). Jouet volant selon la revendication ( 4), caractérisé en ce que la turbine ( 34) est constituée dans la partie cen- trale de l'hélice ( 32) et est montée tournante sur un bout -12- d'arbre ( 46), solidaire d'un manchon ( 42), adapté à être fer- mement engagé sur le goulot ( 18) de la tuyère ( 14) montée sur le ballon ( 10). 6 Tuyère ( 14), destinée à être associée à un ballon usuel ( 10), du type à paroi fortement extensible, pourvu d'un appendice de gonflage ( 12), afin de transformer ce ballon, une fois gonflé, en un ballon-fusée, caractérisée en ce que: elle a, au moins à l'intérieur, la forme d'un entonnoir com- prenant un vase conique ( 16) et un goulot ( 18), elle est relativement rigide; elle est adaptée à être engagée autour de l'appendice ( 12) et fixée à lui, de manière à faire corps avec le ballon ( 10) lorsqu'il est gonflé;15 elle comporte des moyens ( 22) de fixation des éléments d'un stabilisateur de trajectoire. 7 Elément d'emballage relativement rigide, en matériau aisé à former et à découper, caractérisé en ce qu'une partie de sa surface a la forme d'une tuyère ( 14) selon la revendi- cation 6; 8 Propulseur destiné à être associé à un jouet volant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il com- prend: une hélice ( 32) pourvue d'une partie centrale constituée en turbine ( 34); un manchon ( 42), d'une part, adapté à être fermement engagé sur le goulot ( 18) de la tuyère ( 14) préalablement montée sur le ballon ( 10) et, d'autre part, équipé d'un bout d'arbre axi- al extérieur ( 42), adapté à servir d'axe de rotation pour la turbine ( 34). 9 Kit de construction d'un jouet volant de type nouveau caractérisé en ce qu'il comprend: un lot de ballons de baudruche ( 10); un lot de chalumeaux à boire ( 24); une tuyère ( 14), selon la revendication 6; - 13- un lot d'ailerons ( 26), notamment du type à découper dans une feuille, en matériau relativement rigide, selon des con- tours imprimés; et, le cas échéant, un propulseur selon la revendication 8. Kit de construction d'un jouet volant de type nou- veau, caractérisé en ce qu'il comprend: un ballon ( 10) du type météorologique; un lot de tiges creuses ( 24), relativement rigides; un lot d'ailerons ( 26); une tuyère ( 14), selon la revendication 6; un propulseur ( 30) selon la revendication 8.