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AVION JOU~T PO WANT VOL~R PAR TELEGUIDAGE
DANS UN ESPA OE CLOS, NOTAMM~~T DANS UNE PI~C~
La présente invention concerne un avion jouet
pouvant voler par téléguidage dans un espace clos ou
protégé du vent, notamment dans une pièce La pièce
dans laquelle l'avion peut ~oler peut être une pièce
de dimensions relativement restreintes co~e une pièce
d'un appartement ou d'une maison (salon, chambre, salle
de jeux etc.).
Les jouets reproduisant des avions sont très
appréciés des enfants surtout lorsqu'on peut les faire
voler. Les plus élaborés sont des modèles réduits
reproduisant les caractéristiques essentielles d'un
véritable avion et qui sont télécommand-s par voie
hertzienne. Ils pos~ièdent un moteur thermique ou
électrique pour raire tourner l'hélice, un réservoir
de carburant ou une batterie et un mécanisme de commande
des gouvernes de direction et de profondeur. Le moteur
et le mécanisme de commande des gouvernes sont commandés
grâce à un émetteur logé dans un bo;tier de comm2nde
et à un récepteur installé dans l'avion. Ces mod~les
réduits sont des.inés à des adolescents ou 2 des adultes
et, dans la plupart des cas, on ne ?eu~ guère les
qualifier de jouets.
2~ Ceâ avions télécommandés 2ar voi~ hertzienne
sont relativement lourds et, par conséquent, ils volent
à une vitesse relativement élevée. Ce sont
obligatoirement des avions d'extérieur. Aucune
modification s~ructurelle ne permettr2it de les
transformer en jouet d'intérieur pour un eapace r~duit
tel qu'une pièce d'appartement. La nécessi_é de trouver
un terrain dégag~ limite considérablement l'utilisation
de ces avions.
Comme 2vions volants d'intérieur on ne connaît
3~ que certains avions à moteur caou~cnouc, c_i sont .rès
légers et peuvent être utilisés sans danger dans des
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pièces d'habitation. Ce ne sont cependant pas des avions
que l'on peut diriger et leur intérêt ludique s'en
trouve d'autant réduit. De plus, leur temps de vol
est réduit à quelques secondes, sauf pour des prototypes
S de concours réservés à des adultes
Il n'existe donc pas d'avion jouet téléguidé
et volant, destiné à être utilisé dans un espace
restreint tel qu'une pièce ou un appartement. Il n'est
pas non plus possible de modifier les avions téléguidés
existant pour les utiliser en tant que jouet dans un
tel espace.
La présente invention a été conçue pour
apporter une solution à ce problème. Elle a permis
de concevoir un engin volant racilement utilisable.
Elle a polir objet un avion jouet pouvant
voler dans un espace clos et notamment dans une pièce,
comprenant :
- un modèle d'avion pourvu d'un mo.eur
électrique, entraînant une hélice de propuision,
- un dispositif de co~mande à distance du
vol du moà~le d'avion, comportant une source d'énergie
électrique et des moyens de co~m2nde électrique du
vol du modèle d'avion,
- un câble souple assurant la liaison
électrique entre le dispositif de commance à distance
et le modèle d'avion pour alimenter le moteur électrique
à partir de la source d'énergie électrique,
caractérisé en ce que le modèle d'avion est pourvu
de moyens d'action sur sa direction de vol, le caDle
souple reliant également lesdits moyens de commande
électrique au~dits moyens d'action et étant attacn~
sous le modèle d'avion et à pro.Yimi-é d- son cen.re
de gravité, la charge alaire du modèle d'avion tralnant
le câble de liaison étant ~< 1,5 g/dm2.
Dans le cas où l'avion t~l~gui~ et volant
selon l'invention est destiné à un en~ant, ce qui est
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le cas le plus vraisemblzble pour ce type d'objet,
il faut impérativement qu'il ne soit pas dangereux,
non seulement quand il vole mais aussi quand l'enfant
le manipule. Il faudra aussi que ce jouet soit robuste
pour pouvoir résister aux cnocs et aux manipulations
tout en restant extrêmement léger.
L'invention sera mieux comprise et d'autres
avantages et particularités apparaîtront à la lecture
de la description qui va suivre, donnée à titre
d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés
parmi lesquels :
- la fiyure 1 est une vue d'ensemble de
l'avion jouet selon l'invention, le modèle d'avion
étant représenté en vol,
- la figure 2 représente un câble de liaison
électrique utilisable dans l'avion jouet selon
l'invention,
- la figure 3 est une vue éclatée d'une
première variante de modèle d'avion selon l'invention,
- la Ligure 4 est une vue de détail montrant
le gouvernail de direction du modèle d'avion selon
l'invention ainsi que sa motorisation,
- la figure 5 es. une vue de dessous du
Luselage et des ailes de la première variante du modèle
2~ d~avion selon l'invention,
- la figure 6 est une vue structurelle d'une
seconde variante de modèle d'avion selon l'invention.
Afin que le modèle d'avion puisse voler sans
problème dans un espace aussi restreint qu'un
appartement, la vitesse maximale à laquelle le modèle
d'avion doit voler a été évalu~e à 2 m/s A cette faible
vitesse, un enfant peut arriver facilement à contrôler
le vol du modèle d'avion Le câble de liaison n'est
Das destiné à être tendu. Le domaine du vol n'est donc
Das limité à la surface d'une s?nère co~me dans le
cas du vol circulaire. Le modèle c~.'avion peut évoluer
librement clans toutes les directions.
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Pour voler à si faible vitesse, le modèle
d'avion doit être très léger. On estime que la char~e
alaire du modèle d'avion traînant le câble de liaison
doit etre ~ 1,5 g/dm2. On a pu obtenir cette faible
valeur de charge alaire parce que, l'avion jouet selon
l'invention étant à cable de liaison, il n'y a pas
de source d'énergie ni de récepteur de radio-comm2nde
emportés à bord du modèle d'avion.
Les exemples de réalisation qui vont
maintenant être décrits offrent des modèles d'avion
très légers et en même temps robustes, et pas dangereux,
ce qui est très important, pour un jouet.
La figure 1 montre les trois éléments
essentiels de l'avion joue selon l'invention : le
modèle d'avion 1, le dispositif de commande 2 et le
câble 3 assurant la liaison élec.rique entre le modèle
d'avion et le dispositif de commande.
Le dispositif de commande 2 comprend une
batterie 21 servant d~ source d'énergie électrique
pouvant être mise en circui. p2- le co.~mutateur 22.
Pour rendre le dispositi- de commande plus attrayant,
on peut lui donner la ro-me d'un volan. d'avion moderne
c'est-à-dire le pourvoir de deu;c poignées 23 et 24
se rattachant à 12 pa-tie centrale 25 qui compo-te
les éléments électriques et électroniques de commande.
Sur la poignée gauche 23, se trouve l'organe de commznde
26 du moteur 11 du mod~le d'avion entraînant l'hélice
19. Sur la poignée droite 24, se trouve l'organe de
commande 27 du gou-~ernail de direction.
On a choisi, par souci de lagèreté, de laisser
fixe le gouvernail de=p~ofondeur 13, la montée et la
descente de l'avion en vol se faisant par modification
du régime moteur,
Les organes ae commande 26 et 27 actionnent
des résistances vzria~les ou des variateurs
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s
électroniques de puissance que l'on peut trouver
~acilement dans le commerce. La tension aux bornes
~ du moteur doit etre ajustable de 0 à la tension mAxi~
La tension aux bornes de l'actionneur du gouvernail
(qui sera décrit plus loin) doit être ajustable entre
une valeur négative de tension maximum et une valeur
positive de tension maximum, cette tension maximum
pouvant être di~férente de celle alimentant le moteur.
Les deux organes de commande 26 et 27 sont pourvus
10 de ressorts qui les ramènent à une position neutre
correspondant à 0 V dans les deux cas.
Le câble de liaison électrique doit être
le plus léger possible et pour cela les fils élec.riques
qui le composent doivent etre les plus légers possible,
15 donc les plus fins possible. L'intensité du courant
qui les parcourt doit donc etre limitée à une faible
valeur. Il est donc nécessaire, ?our disposer d'une
puissance suffisante, de prévoir une- tension
rela.ivemen. importante. A titre d'exemple, la tension
20 ma:;imale d'21imentation du moteur ~lectricue 11 peu~
ê.re de 9 V tandis que la tension de co~ande de
l'zc.lonneur peut varier entre 9 ~i et - 9 i!.
~ e câble électrique de liaison 3 doi_ êt e
sou?le et très léger pour ne p2s g~ner les évolutions
25 du ~od~le d'avion 1. Une longueur d'envi~on 1,75 m
sem~le bien appropriée pour un fonctionnement dans
une pièce d'habitation de taille mo~enne. On propose,
pou- l'avion jouet selon l'invention, un câble
électrique de cette longueur et ne pesant, sans les
30 prises de connexion, que 0,6 g soit environ 0,35 g/m.
Ce câble est représent~ seul à la Eigure 2. Il est
composé de quatre fils conducteurs 31, 32, 33 et 34
de 0,1 mm de diamètre, deu:c Eils étant destinés
alimenter le moteur électrique et deu:c -ils étant
35 r~servés pour l'actionneur du gouvernail d- direction.
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Ces fils sont en cuivre et sont isolés électriquement
par un vernis. On peut ainsi les regrou~er dans la
pliure d'un pli 35 réalisé à partir d'un ruban de
plastique plié en deux. Après insertion des fils, les
deux côtés du pli sont collés. Le ruban de plastique
utilisé peut avoir 4 mm de large pour 10 ou 12 ~um
d'épaisseur ce qui est une épaisseur courante pour
les fabricants de films plastiques. Il est avantageux
d'utiliser un plastique peu déchirable parce que
s'allongeant beaucoup avant rupture, par exemple le
polyéthylène ou le polypropylène.
Le câble est terminé, côté dispositif de
commande, par un connecteur à quatre contacts. Un autre
connecteur à quatre contacts relie le câble au modèle
d'avion. Ce dernier connecteur peut avoi un poids
égal ou inférieur à 0,1 g si on le choisit parmi
certains connecteurs minaturisés ulilisés en
informatique ou dans le matériel télé?honique por.able.
Ces connecteurs sont de préférence
dimensionnés afin de pouvoir se déconnecte~ facilement
au moindre effort anormal. Ceci permet de protéger
le câble électriqu~ et le modèle d'avion de contraintes
mécaniques trop importantes.
La figure 3 représente un modèle d'avion
2S 1 en vue éclatée mais avec des ailes incomplètes.
A titre d'e:~emple, son envergure peut être de 45 cm,
sa longueur de 40 cm, la surface àes ailes de 4,5 dm2
et son poids de 6 g. Le câble de liaison électrique
est attaché au modèle d'avion pa- son connecteur,
au-dessous du modèle et près de son centre de gravité.
Le modèle d'avion peut ~-re di:isé en les
sous-ensembles suivants :
- le groupe moto-proDulseu~ 10Q,
- l'actionneur du gouve nail ce direction
200,
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.
- le ~uselage 14 et les Dords d'2ttaque des
ailes 15,
t - le reste des ailes,
- les gouvernails de pro~ondeur 13 et de
direction 12
Selon l'invention, le poids correspondant
à chaque sous-ensemble peut être avantageusement
distribué de la manière suivante
- groupe moto-propulseur 2,5 g,
- actionneur 0,3 g,
- fuselage et bords d'atta~ue 1,5 g,
- le reste des ailes 1 g,
- les gouvernails 0,3 g,
- la moitié de la longueur de câble avec
son connecteur au modèle d'avion 0,~ g
Le total ~ait donc 6 g
Le groupe moto-propulseur 100 est constitué
du moteur électrique 11, d'une hélice e. d'un cône
d'hélice 106
Le moteur 11 doit avoir un excellent rap?ort
?uissance sur poids Il peut s'agir d'un moteu- à
courant continu avec bal2is et à aimants très puiss2nts
(aimants aux terres rares) La conso~mation de ce mo.-ur
est de l'ordre de 200 mA sous une tension
2~ d'alimentation de 7 V Le groupe moto-propulseur doit
être capable de soulever, à l'arrêt, les deux tiers
du poids de l'avion, soit dans ce cas 4 g, c'est-à-dire
un peu moins de deux ~ois le poids du groupe
moto-propulseur Le moteur peut être du type utilisé
en micro-mécanisme et équipa d'zimants au
samarium-cobalt Des moteurs de ce type sont
disponibles pour un poids d'environ 3,2 S Ce poids
peut être réduit en cnoisissant judicieusement les
matériaux et les dimensions des éléments constituti~s
:~ ~
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L'hélice ne doit pas etre dangereuse. Pour
cela, elle est souple, ce ~ui contribue à la solidité.
Elle comporte un moyeu 101, qui s'enfiche et se colle
sur l'axe 111 du moteur Ll, et deux pales 102.
Une pale est faite à partir d'un film
plastique souple, d'environ 50 ~um d'épaisseur, plié
en deux et est légèrement arquée. Chaque pied de pale
103 du moyeu s'enfiche dans la pliure de chaque pli
102 constituant une pale. Les côtés se faisant face
10 de chaque pli sont collés en incorporant le pied de
pale correspondant.
Le cône d'hélice 106 protège l'hélice et le
moteur. I1 est de préférence en matière plastique
expansé pour amortir les chocs.
Dans le détail, le groupe moto-propulseur
est constitué d'éléments ayant les caractéristi~ues
suivantes :
- moteur 2,25 5,
- hélice plus cone 0,25 g dont 0,02 g pour
20 le cone d'hélice,
- diamètre de l'hélice 8 cm,
- calage de l'hélice 15~,
- vitesse de rotation ma~imale du moteur
G000 ./min.
2~ La figure ~1 es, une vue de détail du modèle
d'avion montrant le gouvernail de direction 12 et son
actionneur 200. Cet actionneur doit être très léger
car l'inertie en lacet du modèle d'avion doit etre
très faible afin d'avoir une maniabilité en virage
30 sufrisante. Son poids est de préférence de l'ordre
de 0,3 g. Il est avantageusement du type u,ilisé pour
les équipages mobiles des mul.imètres à aiguille. Il
comprend un aimant permanent 201, au Sm-Co ou au Fe-Nd,
lié à un a~e 202 (pa- e:~emple en corde de piano)
,~ solidaire du gouvernail d- direction 12 et constituan,
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l'axe de rotation de ce gouvernail. L'aima~. 201 est
disposé à l'intérieur d'une bobine d'inductio? plate
203 dont les deux extrémités sont réliées électriquement
à deux fils du câble de liaison électrique. Suivant
l'intensité et le sens du courant qui traverse la bobine
203, l'aimant 201 est soumis à un champ magnétique
d'amplitude et de direction variable. Il en résulte
un couple de forces qui ~ait tourner l'aimant 201,
donc le gouvernail 12 qui lui est solidaire.
La bobine d'induction 203 est fixée au
fuselage 1~ (voir la figure 3) par un morceau de ruban
adhésif. Un brin plastique 16, en deux p2-ties, est
fixé d'une part au fuselage 1~ par collage et d'autre
part au gouvernail de direction 12. Il consti.ue un
élément ressort qui tend à maintenir le gouvernail
en positian neutre.
Afin de diminuer le couDle de commznde du
gouvernail de direction, celui-ci est com?ensé (son
axe de rotation 202 divise sa sur~-ace en deux parties
presque égales) et est équilibré (1' 2.Ye ~e rotation
202 passe par le centre de gra~ de l'éauipage
mobile).
La figure 4 permet aussi ce se rendre compte
de la constitution du gouvernail de dir-ction, le
gouvernail de proLondeur étant d'ailleurs constitué
selon le même princiDe. Un brin ?1astique sou?le 204
de diamètre 0,6 m~m est referm~ sur lui-même et
thermosoudé de façon à constituer le ?ourtour du
gouvernail de profondeur Le brin plastiGue 16 est
collé au brin 204 au niveau et en arrière de
l'actionneur 200 qu'il entoure. Un film pl sti~ue 205
de 8 ,um d'épaisseur est tendu sur le bri? 20' et le
bord du film es. rabattu autour du brin 20' pour être
collé ou thermosoud~ sur lui-même
3~
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On va maintenant décrire, en relation avec
les figures 3 et 5, la formation du fuselage et du
bord d'attaque des ailes. Afin d'être suffisa~ment
léger et raide devant les forces en vol, cette partie
S est constituée d'une enveloppe faite d'un film plastique
de 10 ,um d'épaisseur et qui a la rorme du fuselage
14 et des bords d'attaque 15. La liaison entre le
fuselage et les bords d'attaque (par collage ou
thermosoudage) doit être suffisamment rigide pour éviter
10 que les ailes ne s'affaissent. Une collerette de liaison
à ce niveau peut éventuellement être nécessaire pour
augmenter la raideur de la liaison. Les bords d'attaque
sont de préférence de rorme légèrement conique,
leur diamètre diminuant à mesure qu'on s'éloigne du
15 fucelage Chaque bord d'attaque est fi~é au fuselage
de façon à donner à l'aile correspondante un dièdre
de quelques degrés et une incidence de 5~. L'envelo?pe
peut aussi comprendre des pattes 10 à la place des
roues habituelles pour supporter le modèle d'avion
20 quand il est au sol En variante, ces pattes peuvent
être d'une structure dif-érente et rapportées au moa~le
d'zvion.
L'envelop?e est gonflée à une pression
su?érieure d'environ 5 mbar à la pression atmosphérique.
25 L'enveloppe peut être scellée ou on peut ?révoir une
valve de regonflage.
Le moteur électrique 11 est collé sur la
face avant du fuselage 14 avec, éventuellement,
interposition d'une pastille de renforcement.
Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 5,
12 reste de chaque aile est constitu~ d'un brin sou?le
de plastique 17 d'environ 1 mm de diamètre jouant le
~ôle de bord de ruite, et d'un film plas~ique 18 de
~ ~m d'épaisseur. Le brin 17 est attaché par l'une
3~ de ses e:;trémités à l'e:~trémité distale du bord
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d'attaque 15 et par son autre extrémité au fuselage
14. Le film 18 est tendu entre le bord d'attaque 15,
le bord de fuite 17 et le fuselage. Il y est fixé par
collage ou thermosoudage au bord d'attaque et au
fuselage. Il est fixé par collage ou thermosoudage
sur lui-même après recouvrement du brin 17.
La figure 6 représente, de manière
structurelle, un autre modèle d'avion. Dans cette
variante, le fuselage et les bords d'attaque des ailes
sont constitués de tubes en plastique à parois très
minces. Un bon exemple de tubes utilisables est
constitué par les pailles utilisées pour boire. Ces
pailles ont un dizmètre allant de 5 à 7 mm et ont une
paroi de 150 ,um d'épaisseur. L2 train d'atterrissage
peut, avantageusement, etre aussi constitué de tels
tubes.
Un tube central 50 consti.ue l'axe principal
de la structure. Sur son extrélmité avant sera emmanché
et collé le groupe moto-propulseur. Sur son e~trémité
arrière seront -ixés les gouvern2ils de profondeur
et de direc~ion. La partie avant du tube ~0 supporte
aussi le train d'at.errissage conâti-ué àe deu~ tronçons
de tube 51 et 52. Les tronçons ci- tube 51 et 52
supportent des tubes 53 et 54, respectivement, servant
2~ de bords d'attaque. Un petit tube de liaison 55, ri~é
entre les tron~cons 51 et 52, assure la rigidité du
train d'atterrissage. Un petit tube 5O est rapporté
perpendiculairement sur-le tube 50.
Des pièces de jonction, référencées 57 à
60, permettent d'assembler les tubes entre eux. Ces
pièces ont des formes adaptées au:; tubes à relier.
Elles sont avantageusement réalisées en plastique.
La distance entre les pieces de jonc,ion 57 et 60 est
égale à la corde de l'aile. Lea autres éléments
constitutifs du modèle d'avion sont collés au:c tubes.
La structure obtenue peut ~tre habillée avec
un film plastique coloré c'e 6 ou 3 um cl'épaisseur.
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Pour les deux modèles d'avion décrits
ci-dessus à titre d'exemple, les raideurs en flexion
et en torsion des ailes peuvent être augmentées en
les haubanant. Des haubans placés en-dessous des ailes
sont particulièrement efficaces car ils limitent la
flexion due à la portance.
Une bonne façon de haubaner consiste à relier
par un fil le bord de fuite de l'aile, vers son
extrémité externe, au bas du train d'atterissage et
ceci pour chaque aile. En outre, en rendant réglable
la longueur de chacun des haubans par un moyen approprié
aux points de fixation au train d'atterrissage, on
obtient les deux possibilités suivantes :
- en tirant pareillement les haubans droit
et gauche, donc en cintrant également les deux ailes,
on modirie l'incidence des ailes et on r~gle ainsi
la 5 .abilité longitudinale de l'avion
- en tirant différemment les deu:c haubzns,
on cr-e ou on corrige le vrillage des ailes e~ on règle
ainsi la stabilité en lacet et en roulis de l'avion.
Grâce à ces haubans, il est possible de
~abrlque- une version simpliri~e de ce joue.. L'avion
sim?l~ a un gouvernail fixe et 12 direc-ion n'est
?lus ?ilo.able en vol. Duisqu'il n'y 2 plus d'actionneur
2~ correspondant, le câble de liaison électrique ne
com?rend plus que deux fils et le dispositir de commande
ne possède plus de commande de direction. L'u,ilisateur
cu jouet règle le rayon de giration de l'avion avant
le vol. Le réglage consiste à raccourcir le hauban
~'J de l'aile intérieure au virage de Laçon à la cintrer
davantage.
Un hauban ~0 est visible sur le modèle d'avion
_ représenté à la rigure 1. Il est situ- entre une
?atte 10 figurant une roue et le bord de ,~uite de l'aile
-~ correspondante.
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Des haubans 61 et 62 sont également visibles
sur la figure 6. Le hauban 61 est disposé entre le
tube 51 et le bord de fuite de l'aile correspondante.
Le hauban 62 est disposé entre le tube 52 et le bord
de fuite de l'aile correspondante.
L'absence de danger de ce joueL vient de
son faible poids et de sa faible inertie, de sa ~aible
puissance (inférieure à 3 W) et de la souplesse de
ses constituants et notamment de l'hélice.
2~
, ~
