Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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«Aéronef à ailes tournantes»
La présente invention relève du domaine des aéronefs à ailes
tournantes, dont font partie les hélicoptères et les gyronefs en particulier.
Elle
concerne plus particulièrement un gyroptère à deux voilures contrarotatives
placées dans des plans superposés.
On connait de façon classique, des dispositifs de ce genre, par
exemple décrits dans le brevet français n° 2 584 044 ("Aéronef à ailes
tournantes
de structure simplifiée et légère") déposée le 27 septembre 1985 par
l'inventeur
de la présente demande, et dans la demande PCT/FR86/00330 ("Aéronef à ailes
tournantes"), déposée le 26 septembre 1986 sous priorité de la demande
précédente. Ces deux documents décrivent en détails la structure générale d'un
gyroptère. Ils forment l'arrière plan technologique de la présente demande.
On rappelle simplement ici qu'il s'agit d'une machine volante à voilure
tournante contrarotative montée sur deux couronnes autour d'une nacelle
faisant
office d'habitacle. Une telle machine volante est une conception générique qui
peut naturellement présenter plusieurs tailles et plusieurs usages.
La présente invention propose un gyroptère permettant une meilleure
maîtrise du vol sécurisé. Cette meilleure maîtrise sera de préférence
accompagnée d'une diminution des vibrations de l'appareil.
L'invention propose alors un aéronef à ailes tournantes de type dit
gyroptère comportant une nacelle centrale autour de laquelle sont mobiles en
rotation deux rotors contrarotatifs coaxiaux synchronisés présentant chacun
une
couronne et au moins deux pales, la nacelle comportant deux anneaux
structurels
reliés entre eux par des traverses et servant de guides pour les rotors, des
moyens étant prévus pour modifier le pas de chaque pale.
Selon l'invention, cet aéronef est caractérisé en ce que les moyens
permettant de modifier le pas des pales comportent deux anneaux oscillants,
chaque anneau oscillant étant associé à une couronne en étant concentrique à
ladite couronne, entraîné en rotation par la couronne, solidarisé aux pales de
la
couronne correspondante par des moyens de transmission de mouvement de
type biellettes ou câbles adaptés à modifier le pas desdites pales, en ce que
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chaque anneau oscillant est solidarisé à des moyens de déplacement vertical et
de déplacement autour d'un axe transversal permettant ainsi de présenter une
distance choisie vis à vis de la couronne correspondante le long d'une
circonférence, et en ce que le guidage des couronnes sur les anneaux
structurels
est réalisé à l'aide de galets d'axe perpendiculaire au plan contenant un
anneau
structurel et la couronne correspondante, les galets et les pales étant
équirépartis
entre l'anneau structurel et la couronne correspondante et à chaque pale
correspondant un ou deux galets.
De cette manière, grâce à la combinaison du bon guidage des
couronnes sur les anneaux structurels et à la commande par l'intermédiaire
d'anneaux oscillants, le vol de l'aéronef est plus sûr.
Pour leur entrainement, les couronnes présentent par exemple
chacune une piste d'entraînement inclinée, les deux pistes se faisant face, et
l'entraînement des couronnes est assuré par une roue tangentielle conique
débrayable. Ce mode d'entraînement avec une roue tangentielle conique,
contribue avec le guidage de la couronne à une meilleure stabilité de
l'appareil
grâce à la limitation des vibrations.
Avantageusement, une roue libre de frein opposée à la roue
tangentielle d'entraînement est prévue.
Dans une forme de réalisation de l'aéronef, les anneaux oscillants sont
commandés par action sur un bras d'articulation sensiblement horizontal auquel
sont reliées deux genouillères portant chacune une bille et par leur
intermédiaire
deux étriers sensiblement verticaux portant chacun un système de roulement
permettant le roulement de l'anneau oscillant correspondant.
Dans cette forme de réalisation, chaque bras d'articulation est par
exemple commandé à partir d'un guidon mobile selon deux axes et par un
palonnier comportant deux pédales, et le mouvement du guidon et du palonnier
est transmis aux anneaux oscillants par une tringlerie mettant en oeuvre
éventuellement des câbles pour permettre de faire varier leur position
angulaire
transversale et leur position verticale par rapport aux couronnes ainsi que
leur
espacement vertical.
Une variante de réalisation prévoit par exemple que les moyens de
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déplacement vertical (Z) des anneaux oscillants comprennent, de chaque côté de
la nacelle, un bras de commande des anneaux oscillants disposé selon une
direction sensiblement longitudinale (X), solidaire d'un moyen d'entraînement
vertical (axe Z) en son point central placé sensiblement selon l'axe
transversal de
l'aéronef, chaque bras de commande supportant en chacune de ses deux
extrémités un ensemble de commande de pas comprenant un moyen de modifier
l'espacement vertical entre les deux anneaux oscillants et à permettre leur
libre
roulement durant leur rotation, que les moyens de déplacement autour de l'axe
transversal (Y) des anneaux oscillants comprennent dans cette variante
avantageusement des moyens d'entraînement en rotation de chaque bras de
commande autour d'un axe transversal (Y), que le moyen d'entraînement en
rotation de chaque bras de commande comprend une pédale solidaire d'une
tringle solidarisée.au dit bras de commande, que l'aéronef comporte un guidon
mobile selon deux axes, dont chaque poignée est reliée à une barre entraînant
un
bras de commande en mouvement vertical (Z), les deux barres pouvant être mues
en déplacement vertical simultané (guidon poussé ou tiré) ou opposé (guidon
tourné d'un côté ou de l'autre), que chaque ensemble de commande de pas
comporte un bras d'articulation sensiblement horizontal auquel sont reliées
deux
genouillères portant chacune une bille et par leur intermédiaire deux étriers
sensiblement verticaux portant chacun un système de roulement permettant le
roulement d'un anneau oscillant, et qu'une roue est montée à chaque bout de
chaque bras de commande, de façon solidaire du bras d'articulation, et est mue
en rotation par un câble modifiant ainsi l'entraxe des deux anneaux
oscillants.
Lorsque les anneaux oscillants sont commandés chacun par un bras
d'articulation, chaque bras d'articulation est lui-méme par exemple commandé à
partir d'un ensemble de deux manches et d'un palonnier, le mouvement des
manches et du palonnier est quant à lui par exemple transmis aux anneaux
oscillants des câbles coulissant dans une gaine reliée à la structure de
l'aéronef à
l'aide d'une pièce en croix pour permettre de faire varier la position
angulaire
transversale des anneaux oscillants et leur position verticale par rapport aux
couronnes ainsi que leur espacement vertical.
Dans une autre forme de réalisation, les anneaux oscillants peuvent
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aussi étre commandés par des câbles qui sont en liaison directe avec des
servomoteurs télécommandés (drome ou pilotage automatique).
Pour augmenter la sécurité de l'aéronef mais aussi sa stabilité, cet
aéronef comporte égalemént par exemple au moins un anneau circonférentiel de
guidage des vortex, constituant un antivibratoire aéraulique, de sécurité
d'atterrissage et de protection dont le diamètre est supérieur à celui des
pales, et
l'anneau circonférentiel de protection est de préférence un ruban souple,
solidarisé aux bouts d'un couple de pales, et mû en rotation conjointement
avec
les pales.
La description et le dessin qui suivent permettront de mieux
comprendre les buts et avantages de l'invention. II est clair que cette
description
est donnée à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif. Dans le
dessin
la figure 1 montre un aéronef selon l'invention en vue de côté,
la figure 2 illustre le méme appareil en vue de dessus,
la figure 3 illustre le même appareil en vue de face, sans les deux
groupes de pales contrarotatives,
la figure 4 montre une vue de dessus d'une couronne,
la figure 5 montre une vue de côté d'une couronne,
la figure 6 montre en perspective les deux couronnes contrarotatives
portant les pales,
la figure 7 montre en coupe un galet de guidage radial d'une couronne
sur l'anneau correspondant,
la figure 8 montre en perspective la structure de la nacelle et des
barres de support des sièges passager,
la figure 9 est une vue en coupe du dispositif d'entraînement des
couronnes au niveau de la traverse avant,
la figure 10 illustre en vue de face une traverse de nacelle ainsi que les
galets de roulement des couronnes et le point d'attache d'un bras de commande
des anneaux oscillants, la figure 11 illustre en vue de coté les tringles de
commandes de position d'un bras de commande et le point d'attache d'un bras de
commande des anneaux oscillants,
la figure 12 illustre en perspective la mécanique de commande des
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bras de commandes par le guidon et les pédales, ainsi que le détail des roues
de
commande des anneaux oscillants,
les figures 13A à 13E montrent la disposition des anneaux oscillants
par rapport aux couronnes selon les différentes commandes de vol,
S la figure 14 illustre de façon schématique le principe de commande de
pas des pales par les anneaux oscillants,
la figure 15 représente un choix de guidage des étriers dans leur
déplacement vertical, et par conséquence celui des anneaux, avec pour exemple
celui d'une commande par câbles, et
les figures 16A et 16B présentent un exemple du pilotage des câbles et
la figure 16C un exemple de commandes regroupées et synchronisées de ces
mêmes câbles.
L'invention se situe dans le cadre général des gyroptères tels que
décrits dans les documents précédemment cités, auquel il est fait référence
pour
les détails de réalisation non décrits ici.
On définit pour la suite de la description les directions selon leur sens
naturel pour les pilotes de l'aéronef, c'est à dire un plan principal de
l'aéronef
défini par le plan de rotation de chaque pale, une direction avant comme étant
celle dans laquelle regardent les pilotes (axe longitudinal X dans le plan
principal)
et qui est la direction d'avancement normal de l'aéronef, une direction
latérale
(axe Y) perpendiculaire à l'axe X dans le plan principal et une direction
verticale
(axe Z) perpendiculaire au plan principal de l'aéronef.
L'appareil est un aéronef à ailes tournantes de structure légère
comportant tout d'abord une nacelle 1 définissant la position du ou des
utilisateurs
en partie centrale.
Autour de cette nacelle 1 (le mode de solidarisation sera décrit plus
loin), l'aéronef comporte deux couronnes contrarotatives identiques,
supportant
chacune au moins deux pales 2A, 2B, 3A, 3B disposées en position
diamétralement opposée (formant les rotors contrarotatifs de l'appareil) avec
un
dispositif de commande de la variation du cyclique de pas (décrit plus loin),
les
couronnes contrarotatives respectivement supérieure 2 et inférieure 3 assurent
l'entraînement en rotation et maintiennent le calage des pales 2A, 2B, 3A, 3B
du
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rotor. Les pales 2A, 2B, 3A, 3B de chaque rotor sont fixées sur des moyeux à
la
périphérie de chaque couronne 2, 3. Les deux couronnes contrarotatives 2, 3
sont
naturellement mobiles en rotation autour du même axe vertical Z formant l'axe
vertical de l'aéronef.
Dans l'application indicative de type biplace illustrée sur les figures et
décrite ici, les rotors ont un diamètre de 5,55 m, soit une longueur de pale
de
1,805 m, pour une largeur moyenne de pale de 20 cm. Toujours dans cet exemple
non limitatif, l'espace vertical entre les deux rotors contrarotatifs est de
l'ordre de
45 cm.
Cette nacelle 1 comporte en outre des moyens d'appui au sol, sous
forme par exemple d'un train d'atterrissage à deux patins 4, 4' de type
classique.
Le train d'atterrissage 4, 4' est à structure classique pouvant être munie
de deux flotteurs partiellement escamotables, en matière souple, pliés,
pouvant
être mis en oeuvre en vol par gonflage en vue d'un amerrissage sur un plan
d'eau
par exemple.
On comprend que par construction le centre de gravité de l'appareil est
situé entre les deux couronnes contrarotatives 2, 3. L'appareil étant au repos
au
sol, la couronne inférieure 3 se trouve à une hauteur de 90 cm au dessus du
sol
(définie par la taille des patins) à titre indicatif.
L'entraînement des deux couronnes contrarotatives 2, 3 est assuré par
une roue tangentielle 5 au plan intrados pour la couronne supérieure 2 et
extrados
pour la couronne inférieure 3. La roue tangentielle 5 présente une jante
conique et
une bande de roulement en élastomère. Elle entraîne en opposition supérieure
et
inférieure sur des plans traités ou rainurés correspondant sur les deux
couronnes
contrarotatives 2, 3 et assure ainsi la rotation contrarotative des couronnes
sans
possibilité de glissement.
La roue tangentielle 5 d'entraînement est placée ici pour exemple en
partie avant de l'appareil (c'est à dire devant les pilotes). Cette roue
d'entraînement 5 motrice est entraînée par un arbre de transmission 6 relié à
un
moteur 7 fixé sous la nacelle 1 selon l'axe longitudinal de l'aéronef. Plus
précisément, le moteur 7 entraîne, par l'intermédiaire d'un arbre court, d'un
pignon
et d'une courroie crantée, une couronne dentée 8 solidaire de la roue
tangentielle
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motrice 5.
Le moteur 7, l'arbre de transmission 6 et la roue tangentielle 5 sont de
type classique dans ce domaine. Le moteur 7 est par exemple, mais de façon non
limitative, un moteur à pistons, de 100 CV de puissance, associé à un
réducteur
de rapport 1/2, et entrainant un embrayage centrifuge. Le régime de rotation
des
rotors contrarotatifs est dans ce cas de l'ordre de 450 tours par minute.
Dans le présent exemple, trois réservoirs 9 sont disposés sur les bords
de la nacelle 1 (voir figure 3) avec par exemple des contenances respectives
de
40 litres (réservoir axial) et 20 litres (réservoirs latéraux). Ils sont
disposés de
façon à maintenir un équilibrage latéral de l'aéronef.
La transmission est une cinématique à réduction, par courroie crantée
ou tout autre système pour assurer le transport de l'énergie moteur à la roue
tangentielle 5 motrice.
La roue tangentielle 5 est montée sur un axe hélicoïdal, ce qui permet,
par son déplacement longitudinal sur cet axe, l'embrayage à la mise en
rotation
de la transmission et son débrayage à l'arrét de cette dernière.
Dans une variante de réalisation, une roue tangentielle libre 5A (figure
1 ) montée en opposition et munie avantageusement d'une hélice à pas variable
carénée permet par le pilotage de l'incidence de ces pales un additif de
poussée.
Dans ce cas, un frein monté sur la roue tangentielle libre permet
l'immobilisation
des pales en quelques secondes si besoin est. Cette roue maintient les
couronnes synchronisées lors du débrayage de la roue tangentielle 5.
Dans le mode de réalisation décrit ici à titre d'exemple non limitatif, la
nacelle 1 (figure 8) est constituée de deux anneaux structurels respectivement
supérieur 10 et inférieur 11, réalisés en matériau indéformable et dont les
flancs,
extérieurs 10 A, 11 A, sont situés directement en face des couronnes 2, 3.
Dans le but de guider la couronne 2, 3 correspondante de façon
librement mobile en rotation (autour de l'axe vertical Z), chaque anneau 10
(respectivement 11 ) supporte six paires de galets 17A, 17B de guidage radial,
(respectivement 18A, 18B) disposés à intervalles de 60°, adaptés à
tourner autour
d'axes radiaux concourants sur l'axe vertical Z de l'aéronef, et qui viennent
rouler
sur les faces supérieure et inférieure des couronnes 2, 3.
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Chaque galet de guidage radial 17A, 17B, 18A, 18B est solidarisé à un
anneau structurel 10, 11 par une fixation coudée 19, soudée ou vissée sur
l'anneau. La figure 7 montre le détail du dispositif de guidage radial de la
couronne autour de l'anneau. Chaque couronne comporte sur sa face supérieure
un raidisseur vertical 20.
Ces anneaux structurels 10, 11 sont reliés par une série de traverses
12 disposées régulièrement à angles de 60° au droit des supports 19 de
galets
17, 18, et par un support de transmission 13 de la roue tangentielle 5.
L'anneau inférieur 11 est solidarisé par soudure à deux longerons
parallèles 14, 14' qui servent de structure de support notamment à un siège
15,
ainsi qu'au groupe moteur 7, à divers éléments de transmission, à des
équipements cabine et aux fixations du train d'atterrissage 4, 4'.
L'anneau supérieur 10 supporte une verrière "bulle" 21, amovible (voir
figure 1 ) pour permettre l'entrée et la sortie des pilotes. L'anneau
supérieur 10
porte également des éléments de fixation d'un arceau 22 de sécurité, le
châssis
du cockpit, et divers équipements non détaillés ici.
La bulle 21 du cockpit entièrement transparent (partie haute) est en
deux parties se fermant sur l'arceau de sécurité 2?_. L'arceau de sécurité 22,
indéformable, sur lequel est fixé un parachute pyrotechnique à déclenchement
automatique et une prise badin, est solidement fixé à la structure de la
machine,
par des moyens connus et non détaillés ici.
Le support de transmission 13 fixé sur les deux anneaux structurels 10,
11 dans l'axe de vol X de l'appareil (devant les pilotes), porte à sa partie
inférieure
un bâti support de transmission moteur (figure 3), ainsi qu'un support 23A de
galets 24A de contrainte adaptés à reprendre l'effort de déformation due à la
poussée de la roue tangentielle 5 sur la couronne inférieure 3 (figure 9).
La partie centrale de ce support de transmission 13 comporte un
alésage 25 pour le passage de l'axe de la roue tangentielle 5.
La partie supérieure de ce support de transmission 13 comporte un
logement d'un axe de guidon 35 de conduite, ainsi qu'un support 23B de galets
24B de contrainte adaptés à reprendre l'effort de déformation due à la poussée
de
la roue tangentielle 5 sur la couronne supérieure 2.
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Les deux couronnes contrarotatives 2, 3 sont réalisées
préférentiellement par souci de légèreté et de solidité en alliage d'aluminium
ou de
titane ou en matériau composite. Elles sont symétriques l'une de l'autre et
composées chacune de deux flasques, un premier flasque 26 plan, portant le
raidisseur 20 de bordure, un second flasque 27, comportant une piste
d'entraînement inclinée 28 et un second raidisseur de bordure 29. Ces deux
flasques 26, 27 espacés composent une sorte de caisson ouvert, dans lequel on
peut loger divers équipements.
Les deux flasques 26, 27 d'une même couronne (par exemple
couronne supérieure 2) sont reliés entre eux par
quatre brides de fixation (non représentées sur les figures), deux sur la
partie droite de l'aéronef et deux sur la partie gauche de façon symétrique,
des étriers (également non représentés) formant support des pales 2A,
2B opposées portées par la couronne 2,
quatre galets 30 (figure 2) de guidage axial de la couronne 2 sur
l'anneau correspondant 10,
quatre plaques verticales de liaison mécanique extérieure et quatre
plaques verticales de liaison mécanique intérieure entre les deux flasques
formant
les couronnes,
six plaques d'entraînement de deux anneaux oscillants 31, 32 de
commande de pas.
La nacelle 1 peut comporter également un anneau de protection 33 en
matière souple disposé en dessous et juste au delà de la limite de passage des
bouts de pales 2A, 2B, 3A, 3B.
Cet anneau de protection 33 est solidarisé à la nacelle au niveau de
l'anneau 3 inférieur par six mats triangulés 34. Un carénage plus sophistiqué
est
éventuellement envisageable, selon les demandes. Par exemple, un dispositif
dit
"hula hop", fixé au bout des pales et mobile en rotation avec elles, est
envisageable. II est par exemple envisageable d'utiliser un ruban souple,
solidarisé par exemple aux bouts des pales basses, mis en rotation
conjointement
avec les pales, et qui prend ainsi une forme d'anneau de protection.
Ainsi protégées, les pales 2A, 2B, 3A, 3B n'offrent plus de danger en
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rotation au sol.
On note par ailleurs que dans ce cas les flux tourbillonnaires de bout de
pale se trouvent mieux canalisés, ce qui diminue le bruit, la traînée et
réduit le
phénomène de "floating" en approche.
S Le dispositif de commande de vol (roulis, lacet, tangage, cyclique)
utilise une variation du pas (c'est à dire angle d'attaque de la pale dans
l'air, qui
détermine sa portance) de chaque pale soit durant chaque tour, soit de façon
constante pendant le tour.
Cette variation de pas est réalisée par l'utilisation des anneaux
oscillants 31, 32 concentriques avec les couronnes 2, 3 qui sont reliés par
des
biellettes 52A, 52B, 53A, 53B au moyeu 54A, 54B, 55A, 55B de chaque pale 2A,
2B, 3A, 3B (figure 6), et dont la position angulaire par rapport au plan des
couronnes 2, 3 est déterminée par un jeu de tringlerie (dont le détail est
donné
plus loin) relié au guidon 35 et à des pédales de tangage 51 (palonnier).
D'autres
dispositifs sont envisageables, par exemple avec des commandes par câbles de
type CBA ou autre.
Chaque anneau oscillant 31, 32 est entraîné en rotation par la
couronne 2, 3 correspondante par l'intermédiaire de six tiges coulissantes
(figure
4) reliant les couronnes à leur anneau respectif. Plus précisément, les six
plaques
d'entraînement de chaque anneau sur la couronne correspondante portent
chacune un alésage pour le passage d'une tige de guidage et d'entrainement de
l'anneau oscillant. Sur l'axe matérialisé par cet alésage vient coulisser une
tige
reliée à l'anneau oscillant.
Chaque anneau oscillant 31, 32 modifie à l'aide des biellettes 52A,
52B, 53A, 53B (une pour chaque pale 2A, 2B, 3A, 3B respectivement) l'incidence
des pales de la couronne 2, 3 qui lui correspond. Le principe de ce mouvement
est illustré par la figure 14.
On comprend sur le principe que l'augmentation du pas d'une pale 2A,
2B, 3A, 3B provoque une augmentation de portance locale, alors que la
diminution de ce pas provoque une diminution de portance.
Par exemple, l'augmentation générale du pas pendant toute la rotation
des pales 2A, 2B, 3A, 3B augmentera la portance totale, avec une force
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résultante vers le haut, provoquant une accélération de l'aéronef vers le
haut, et
s'il est initialement posé sur le sol, son décollage.
Plus généralement, par le jeu relatif des portances des pales 2A, 2B,
3A, 3B de chaque couronne 2, 3 on peut ainsi commander des mouvements de
l'aéronef en translation selon toutes les directions X, Y, Z et en rotation
autour de
tous les axes de vol.
C'est donc la position des anneaux oscillants 31, 32 par rapport aux
couronnes 2, 3 qui détermine toutes les commandes d'incidence des pales 2A,
2B, 3A, 3B.
Ces anneaux oscillants 31, 32 restent parallèles entre eux pour les
commandes de pas général (montée et descente) et pour les commandes de
tangage, de roulis, et de lacet.
Pour le cyclique de pas c'est la variation angulaire des anneaux
oscillants 31, 32 entre eux qui assure cette fonction (les anneaux oscillants
31, 32
ne sont alors plus parallèles dans l'axe X de vol), et il se produit une
variation des
incidences des pales en rotation pour compenser les effets différentiels du
vent
relatif entre la pale avançante dans le vent qui se ferme et diminue son
incidence
et la pale reculante qui s'ouvre et augmente son incidence.
Divers dispositifs de commande de ces anneaux oscillants 31, 32 sont
alors envisageables. Une commande par manche à balai de type classique et
palonnier est envisageable.
Dans le présent exemple décrit à titre non limitatif, un dispositif de
commande des anneaux oscillants 31, 32 par guidon d'une part, et palonnier
d'autre part est prévu. Une tringlerie adaptée transmet les commandes du
pilote
aux anneaux oscillants 31, 32.
Plus précisément, dans cette mise en oeuvre, les commandes dont
dispose le pilote comprennent, d'une part, un guidon 35 mobile selon deux axes
(commandes de roulis, lacet et collectif), et, d'autre part, un palonnier 51
(commande de tangage) comportant deux pédales de type classique.
En faisant maintenant référence à la figure 12, on voit que le guidon 35
comprend deux poignées 44, 44' reliées par des tubes coudés (non référencés) à
un tube droit 42. La poignée 44 située à droite est mobile en rotation de
façon
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analogue aux poignées de moto, et sert de commande de régime du moteur, et
donc de vitesse de rotation des rotors contrarotatifs 2, 3.
Le tube droit 42 est solidarisé à un boîtier 43 dans lequel il est
librement mobile en rotation selon un axe transversal (sensiblement parallèle
à
l'axe latéral Y de l'aéronef) pour procurer au pilote une commande de
collectif
(montée et descente).
Ce boîtier 43 est fixé sur la structure principale de la nacelle 1 (les deux
anneaux structurels 10, 11 reliés par les traverses 12, 13) au niveau de la
traverse
avant 13. II est mobile en rotation autour d'un axe 45 sensiblement parallèle
à
l'axe longitudinal X de l'aéronef, pour procurer au pilote une commande de
roulis
(virage à droite ou à gauche).
Le tube droit 42, généralement parallèle à l'axe latéral Y, est articulé en
rotation à ses extrémités à deux barres verticales de transmission 41, 41'
elles
mêmes articulées chacune à l'extrémité d'une barre en "S" 40, 41'. Chaque
barre
en "S" 40, 41' est solidarisée à la structure de la nacelle 1 par
l'intermédiaire d'un
ergot 48, 48' fixé mobile en rotation autour de l'axe latéral Y à la dite
nacelle (au
niveau du centre de la traverse latérale 12 ou sur un carénage fixé sur les
anneaux structurels 10, 11 ).
On comprend que de cette manière (voir figure 12), le segment
transversal bas 50, 50' de chaque barre en "S" 40, 40' est adapté à réaliser
un
mouvement de rotation (confondu avec un mouvement de translation pour de
petits angles de rotation) autour du dit axe latéral Y selon les mouvements
que le
pilote communique au guidon 35. II est clair que les deux barres 40, 41'
peuvent
être mues en déplacement vertical simultané (guidon poussé ou tiré) ou opposé
(guidon tourné d'un côté ou de l'autre).
De chaque côté de la nacelle 1, un bras de commande 36 des anneaux
oscillants 31, 32 est disposé selon une direction sensiblement longitudinale X
(voir
figures 2 et 12), et entraîné en mouvement vertical (axe Z) par le segment bas
50
d'une barre en "S" 40, auquel il est solidarisé par un évidemment long.
En ce qui concerne la commande de tangage (qui détermine l'avance
et le recul de l'aéronef), elle est réalisée par appui sur les pédales 51, 51'
(figures
11 et 12). L'appui sur ces pédales 51, 51' est transformé par une tringlerie
simple
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58, 58' en mouvement de pivotement des bras de commande 36 (déplacement
autour de l'axe transversal Y).
On a donc créé un dispositif permettant de transformer les commandes
sur le guidon 35 et les pédales 51, 51' en pivotements transversaux (axe X) ou
verticaux (axe Z) des bras de commande 36. Ces déplacements peuvent être
identiques ou opposés pour les deux bras de commande 36.
Toujours dans cette mise en oeuvre de commande, décrite à titre non
limitatif, quatre ensembles 56 de commande de pas, disposés aux bouts des bras
de commande 36, déterminent la position angulaire transversale et la position
verticale des anneaux oscillants 31, 32 par rapport aux couronnes 2, 3 selon
les
commandes reçues du pilote, aussi bien par le guidon 35 que par pédales 51,
51'.
Ces ensembles 56 servent également à déterminer l'espacement vertical entre
les
deux anneaux oscillants 31, 32 dans le cas de la commande de lacet (rotation
de
l'aéronef autour de l'axe vertical Z).
Chaque ensemble 56 de commande de pas (figure 12) comporte un
bras d'articulation 57 sensiblement horizontal auquel sont reliées deux
genouillères portant chacune une bille et par leur intermédiaire deux étriers
46, 47
sensiblement verticaux portant chacun deux billes ou autre système de
roulement
(permettant le roulement d'un anneau oscillant 31, 32).
Une roue 37, montée au bout du bras de commande 36, solidaire du
bras d'articulation 57 pilotée par un câble 38, 39 modifie l'entraxe des deux
anneaux oscillants 31, 32 pour la commande de lacet et la commande de pas
cyclique (correspondant à une commande de compensation en translation).
Chaque câble dit câble en boucle 38, 39 passe sur des roulettes horizontales
de
positionnement (non représentées) et est entrainé par l'extrémité basse 50
d'une
barre en "S" 40 (reliée au guidon et aux pédales). En particulier,
l'inclinaison du
guidon permet la commande de lacet.
En fonctionnement, les actions de pilotage de l'aéronef sont réalisées
de la façon suivante pour les cinq commandes majeures.
Collectif : Cette commande, qui correspond à la montée ou la descente
de l'appareil, que ce soit de manière statique, ou au cours d'un déplacement,
est
réalisée par augmentation ou diminution de portance égale des deux rotors
(pour
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une raison de symétrie).
Un déplacement vertical simultané des deux bras de commandes 36
est commandé, par action sur le guidon 35, et provoque un déplacement vertical
(axe Z) parallèle des deux anneaux oscillants 31, 32 parallèlement aux
couronnes
2, 3 (figure 13A).
Tangage : Cette commande, qui correspond à l'avancement ou au
recul de l'appareil par inclinaison vers l'avant ou l'arrière (rotation autour
de l'axe
latéral Y), est réalisée par variation de portance entre l'avant et l'arrière
de
l'appareil. On provoque une portance plus élevée de la pale située à l'arrière
que
de celle située à l'avant, par exemple, en augmentant le pas de la pale située
à
l'arrière, et en réduisant le pas de celle située à l'avant.
Un pivotement simultané des deux bras de commandes 36 est
commandé, par action sur les pédales 51, 51' et provoque un pivotement
identique autour de l'axe transversal (axe Y) des deux anneaux oscillants 31,
32
(figure13B).
Roulis : Cette commande correspond à un déplacement d'un côté ou
de l'autre de l'appareil par rapport à son axe d'avancement. Elle est réalisée
de
façon analogue à la commande de tangage, mais en augmentant ou diminuant la
portance des pales d'un côté relativement à l'autre.
Un mouvement vertical vers le haut est provoqué pour un des deux
bras de commande 36 (du côté pour lequel la portance va augmenter), tandis
qu'un mouvement simultané vertical vers le bas de l'autre bras de commande 36
(du côté ou la portance diminue, et vers lequel l'appareil va tourner) est
commandé, par action de rotation du guidon 35 autour de l'axe longitudinal X,
et
provoque un pivotement identique autour de l'axe longitudinal (axe X) des deux
anneaux oscillants 31, 32 (figure 13C).
Lacet : Cette commande permet une rotation de l'appareil autour de
son axe vertical. Elle est obtenue en rendant asymétriques les portances et
les
traînées des deux rotors, l'un des rotors ayant alors une traînée inférieure à
l'autre
rotor, les deux moments de rotation autour de l'axe vertical ne s'annulant
donc
plus dans ce cas.
Un déplacement vertical opposé des deux bras de commandes 36 est
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commandé, par action sur le câble 38, 39 et provoque un déplacement vertical
opposé (axe Z) des deux anneaux oscillants 31, 32 (figure 13D).
Compensation (cyclique de pas) : La compensation est une commande
permettant le vol stabilisé en translation de l'aéronef. Elle est obtenues par
écartement des anneaux oscillants 31, 32 d'un côté de l'appareil (par action
sur le
câble 38, 39) et rapprochement des anneaux oscillants 31, 32 de l'autre côté
de
l'appareil (par action sur l'autre câble 38, 39), ce qui induit une perte de
parallélisme de ceux-ci (figure 13E). En vol stabilisé en translation «
aéronef
incliné », la portance est compensée par l'opposition des deux couronnes. La
déportance d'une pale sur une couronne est compensée par l'augmentation de
portance sur l'autre pale (en regard à 90' de l'axe X) de l'autre couronne.
II est clair que ces différentes attitudes peuvent étre combinées, pour
un pilotage naturel de l'aéronef. La transmission de toutes les commandes par
les
anneaux oscillants 31, 32 assure une très grande progressivité des commandes,
et évite tous les à-coups.
En variante, le contrôle du pas des pales est réalisé par un système
électronique commandant directement des moteurs électriques intégrés dans les
couronnes 2, 3.
Le mode de réalisation de la nacelle et des éléments mécaniques est
connu de l'homme du métier, et peut par exemple mais de façon non limitative
inclure les structures tubulaires, monoblocs, soudées etc., dans des matériaux
tels que titane, aluminium. Des structures composites sont également
réalisables,
avec des variations de mise en oeuvre connues de l'homme du métier.
On comprend par ailleurs que les commandes peuvent être soit
réalisées par un pilote, soit par tout autre système tel que radiocommande,
commande à distance par utilisation de système GPS et vidéo etc....
Pour une autre amélioration de la sécurisation du vol du gyroptère et le
concept de la position des anneaux pour la commande de l'angle des pales est
présenté, ici, une série de variantes pour les commandes de vol.
Plus précisément dans cette mise en oeuvre (figure 15), la commande
par câble utilise des coulissants 80x non représentés précédemment et utiles
au
maintient des mains à billes de guidage des anneaux oscillants, placés
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sensiblement en diagonal, et de manière symétrique les coulissants sont guidés
par leurs traverses respectives 81 x.
Le déplacement vertical est assuré par des câbles 82x dont l'extrémité
de la gaine 83x est fixée à la structure avec un système de levier non
représenté
en renvoi pour une commande plus précise.
Les coulissants portent les axes 84x liés à chaque groupe de mains à
billes, le déplacement selon l'axe (z) de ces coulissants assurent, les
commandes
de pas général, tangage et roulis.
Les axes 84x portent chacun un bras de levier 85 sur lequel deux
biellettes 88 sont fixées de manière symétrique par rapport à cet axe, ces
biellettes assurent le déplacement vertical symétrique des mains à billes, par
la
rotation du bras de levier au moyen d'un câble 86 dont l'extrémité 87x est
fixée
sur son coulissant.
Les autres extrémités des gaines des quatre câbles 82x sont fixées
(figure 16A) sur la structure en diagonale et en regard d'une pièce en croix
100
mobile verticalement pour la commande de pas général et dans toutes les
directions en synchronisation pour les commandes de tangage, de roulis ou
mixte
(tangage et roulis), grâce à un manche 91 dont l'extrémité de base 92 est
positionnée sur la structure et dont l'autre extrémité est la poignée de
commande.
Les autres extrémités des gaines des quatre câbles 86 sont fixées
(figure 16B) sur la structure en diagonale et en regard d'une pièce en croix
103
mobile verticalement pour la commande de lacet et dans toutes les directions
en
synchronisation pour la commande du cyclique de compensation du vent relatif.
Le manche 101 de cette commande possède une poignée 102
permettant au pilote de décider d'une nouvelle direction à prendre, cette
poignée
102 permet la rotation du manche qui possède en sa base un engrenage à vis,
permettant de tirer ou pousser tes quatre câbles d'un même déplacement
(pincement et écartement homogène des anneaux pour la commande de lacet).
L'inclinaison du manche 101 dont l'autre extrémité est fixée à la
structure assure le pincement des anneaux pour la commande du cyclique
fonction du sens du vent relatif sur la machine.
Dans une variante plus élaborée (figure 16C) ce deuxième manche 101
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est situé à l'intérieur du manche 91 avec un renvoi à sa base par un cardan
104
permettant la commande dans toutes les directions du cyclique, c'est alors
l'inclinaison de la poignée 102 par rapport au manche 101 qui assure, par
l'action
d'un câble situé en son centre, le déplacement de la croix 103, et assure du
méme coup le pincement des anneaux par rapport au vent relatif.
L'intérét de cette variante réside dans le fait que le pilote n'utilise
qu'une pédale et une main, cette liberté lui permet d'assurer plus facilement
les
missions que doit permettre l'utilisation de la machine en toute sécurité sans
devoir recourir à un passager.
Plus précisément dans cette mise en oeuvre et plus de sécurité pour
l'affranchissement des variations parasites de pas dues au battement possible
des pales dans les tolérances retenues la liaison par biellette 52A/52B peut
être
utilement remplacée par une liaison par câble avec fixation des extrémités des
gaines de câble, d'une part sur la couronne et d'autre part sur le manchon au
moyen d'un renvoi de manchon de pale par rapport au pied de pale pour plus de
précision dans la commande (non représenté ici).
Plus précisément dans une autre mise en oeuvre, entre les pieds de
pale et les manchons de pied de pale, un moteur de position permet le réglage
cyclique de l'angle de pales, ce moteur est commandé par une électronique,
elle-
même commandée par un signal dont la fonction est la représentation des
anneaux mathématiquement dans l'espace aux différentes allures de vol, cette
fonction mathématique a pour entrée le positionnement synchronisé des quatre
câbles 82 guidant les pas général, tangage et roulis et celui des quatre
câbles 86
guidant l'écartement des anneaux parallèlement (lacet), et par pincement
(cyclique pour la compensation due au vent relatif).
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des
formes de réalisation ci-dessus considérées à titre d'exemples non limitatifs
mais
s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art, dans
le
cadre des revendications ci-après.
