GYROPTER HAVING INCREASED SAFETY

GYROPTERE A SECURITE RENFORCEE

English Abstract

The invention relates to a gyropter having coaxial contrarotating rotating aerofoils, in particular, one having two crown rotors (2,1) that rotate in opposite directions about a pod (6) either provided in the form of a drone or of a manned pod with a machine piloting process involving the control of the angle of attack of the blades by control rings. The safety is advantageously increased by adapted structures, by a multifunctional protective envelop (27), and by a lift system between the crowns (2,1) and the pod (6) with regard to both the radial forces as well as the axial forces, assisting in the optimized control of stresses. The gyropter also comprises electronic controls that are adapted to both model making and drones as well as to manned and/or piloted aircraft.

French Abstract

Gyroptère à voilures tournantes contrarotatives coaxiales, avec en particulier
celui de deux rotors couronnes tournantes (2,1) en sens inverse autour d'une
nacelle (6) soit en version drone, soit en version nacelle habitée, avec
procédé du pilotage de la machine par la commande de l'incidence des pales par
des anneaux de commande, la sécurité est avantageusement renforcée par des
structures adaptée, une enveloppe protectrice multifonction (27) par un
système de sustentation entre les couronnes (2,1) et la nacelle (6) tant pour
les forces radiales qu'axiales participe à la maîtrise optimisée des tensions,
et avec commandes électriques adaptée tant pour modélisme, drone, qu'aéronef
habité et ou piloté.

Claims

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REVENDICATIONS
1. La présente invention appartient au domaine
des aéronefs habités ou pas correspondant aux
Gyroptères à voilures tournantes contrarotatives
coaxiales, avec en particulier celui de deux rotors
couronnes(2,1 figure 1,2,3) tournantes en sens
inverse autour d'une nacelle (6) ou l'espace nacelle
autant supérieur, qu'inférieur, hors du flux
principal vertical est libre, notamment pour la prise
d'image et, ou pour les transmissions, micro, haut
parleur, des bras robot de fixation, transport, ou
actions diverses, , ce principe répond au but
recherché, celui d'avoir un maximum de surface rotor
libre entre la nacelle centrale et l'extrémité des
pales et une traînée de translation au vent
multidirectionnelle et minimum ou seule la nacelle
centrale fait obstacle, de plus lors du vol en
translation ou du vol en géostationnaire en vent
soutenu les vibrations en pied de pale dues au vent
relatif sont bien plus faibles que dans le cas de
rotor axiaux, et équipés du procédé du pilotage de la
machine par la commande de l'incidence des pales par
exemple par des anneaux de commande.
caractérisée en ce qu'est créée liée à la nacelle en
toute direction une enveloppe par le fait
corrélativement la moins lourde et enveloppe
protectrice (27 figures 1,5,6) au doigt d'épreuve
(par exemple , démontable ou pas), sur aéronef à
voilure tournante, protégeant la machine de choc sur



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les pales (protection de la mission et de
l'environnement) et le public contre la dangerosité
de pales tournantes.
2. Gyroptère selon revendication 1, caractérisée
en ce que cette enveloppe soit à contournement
physique d'obstacles par sa forme sensiblement
ellipsoïde ou ellipsoïde aplatie dessous et ou dessus
par exemple, le fait de pales à pied de pale qui
partent d'une couronne plutôt que d'un axe permet que
le cône décrit par la voilure ait comparativement une
hauteur moins grande et celui de deux rotors
superposés, cela permet la plus grande surface de
voilure dans le plus petit espace et donc cette
enveloppe sera plus petite, plus légère, et avec des
possibilités de forme la plus aplatie possible, plus
bombée au-dessus qu'en dessous ou symétrique, la
qualité du vol sera bien supérieure en translation,
ou en vol géostationnaire en vent soutenu quelque
soit son azimut.
3. Gyroptère selon revendication 1, caractérisée
en ce qu'elle puisse porter des capteurs (optique,
sonar ou autre), et des émetteurs hors du flux
principal et qu'elle puisse faire office d'antenne,
ou support d'antenne.
4. Gyroptère selon revendication 1, caractérisée
en ce que cette enveloppe (partie 29 figure 6)soit
l'élément principal de la fonction atterrissage tout
terrain, décollage, voire en option accostage
supérieur sans perte du flux de vent de fronde avec
pare choc multi direction, pas de perte de traînée du
à un atterrisseur, ni d'excroissance qui pourrait



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faire accrocher la machine sur un câble par exemple,
la fonction principale de sécurité n'est pas ici mise
en défaut.
5. Gyroptère selon revendication 1, caractérisée
en ce que la fonction pare choc horizontal soit
assurée par, entre autre, l'adoption pour la
structure du principe des rayonnages des cycles (par
exemple 28 figure 1, 5, 6), et ou l'adoption du
principe de la structure du parapluie, pour des gains
de poids sans perte de solidité.
6. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé
en ce que la fonction carénage puisse être facilement
adaptée et que la forme (par exemple 23 figure 5,6)
du carénage dans l'enveloppe participe à améliorer la
pénétration dans l'air, et contribue à la portance de
la machine dans le vol en translation, sur une
surface bien plus importante qu'un simple anneau
toroïdal, en ce que cette enveloppe puisse être munie
optionnellement de volets (ailettes par exemple 30
figure 5, 6) et puisse être transformable
automatiquement en une grande aile volante et
contribue ainsi à un accroissement de portance
économique dans le cas de vol en translation,
l'appareil en translation n'est plus seulement comme
glissant sur une pente, mais poussé par le flux
principal ainsi dévié sans avoir à adjoindre un
réacteur arrière sur l'anneau.
7. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé
en ce que cette enveloppe permette l'utilisation du
principe des condensateurs asymétriques propre aux
« lifeters » ( forte tension entre un fil métallique



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devant la voilure et la voilure entraînant l'air
traité vers la voilure, machine volante sans moteur
poussant la voilure dans l'air) pour un meilleur
résultat aérodynamique, que ce soit au niveau des
pales, qu'au niveau de l'enveloppe tout entière, la
transmission sans fil directionnelle pouvant être
protégée dans les espaces libres au-dessus et en
dessous de la nacelle, et, ou, une fréquence adaptée,
8. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé
en ce que le système de sustentation (par exemple 5
figure 2 et 2 coupe) entre les couronnes et la
nacelle tant pour les forces radiales qu'axiales soit
situé sur les couronnes selon une géométrie
équidistante entre chaque pale. La machine est
constituée dans l'exemple présenté figure 2 d'un
nombre pair d'anneaux de structure (3 et 4 figures
2,3) dont la forme permet à des dispositifs de
sustentation(5 figures 2,3), ici représenté, pour
exemple, par trois galets dont deux supérieurs pour
les forces de portance et un inférieur pour porter le
poids des rotors à l'arrêt, situés sur les couronnes
intercalés et équidistants aux pales, les vibrations
rencontrées sur le concept de base de ces machines
sont ainsi maîtrisées, l'avionique est moins
perturbée et la sécurité de vol renforcée.
9. Gyroptère selon revendication 8, caractérisée
en ce que dans le cas d'entraînement des couronnes en
contra rotation par une roue conique, le plan de
rotation des rotors (par exemple 8 figures 3 et 3
coupe) soit légèrement décalé dans le sens opposé à
la roue conique (7 figure coupe 3) que le plan des
anneaux de structure correspondants (par exemple 9




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figures 3 et 3 coupe), un moment est crée par la
force centrifuge des rotors en mouvement en
opposition du moment créée par la roue conique sur
les couronnes et donc la sécurité est renforcée par
un contact roue couronne mieux assuré.
10. Gyroptère selon revendication 1, où la mise
en rotation des couronnes est effectuée directement
par des moteurs par exemple électriques sans balai,
où les aimants sont sur la couronne et le bobinage
sur la nacelle, le couplage de vitesse est réglé
électroniquement,
11. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé
en ce que la nacelle (6 figure 3 coupe,7) soit
équipée ici pour l'exemple de six servomoteurs (10
figure 4) qui agissent chacun sur un patin (11 figure
4,7) selon l'axe vertical, patin associé à un support
de guidage ici représenté pour l'exemple par trois
galets commandant ainsi la position dans l'espace de
l'anneau de guidage (12 figure 7), (trois système de
commande disposés à 120° sur la nacelle par anneau
de guidage), ils sont ou pas sur le même rail que le
patin de l'autre anneau de guidage du rotor en contra
rotation selon la géométrie des leviers de commande
de pas des manchons de pied de pale, ces servomoteurs
indépendants sont couplés électriquement pour vol de
lacet tout azimut/ tangage, roulis, cyclique de
translation,
12. Gyroptère selon revendication 11, caractérisé
en ce que dans la disposition ici représentée, ces
patins supportent chacun élastiquement un dispositif(
par exemple ressort 18 figure 4),




19
13. Gyroptère selon revendication 1,
caractérisé en ce qu'il soit équipé d'autant de
servomoteurs que de pales, six servomoteurs dans le
cas d'un double rotor tripales, situés sur les
couronnes, et agissant directement sur le contrôle du
pas des pales,
14. Gyroptère selon revendication 6, caractérisé
en ce que dans une version particulière le vide
intérieur du carénage contiennent une voile dépliante
ou ballon gonflable qui une fois déplié transforme la
machine aussi en glisseur.
15. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé
en ce que la machine puisse être filoguidée par
adjonction d'un câble même si l'opérant est au-dessus
de la machine sans risque de contact avec la partie
tournante.
16. Gyroptère selon revendication 1, caractérisé
en ce que la machine puisse être équipée d'un
parachute à ouverture automatique en cas de
défaillance technique sans risque de contact avec la
partie tournante.

Description

- CA 02531820 2005-12-16
- 1
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GYROPTERE A SECURITE RENFORCEE,
Les gyroptères sont des anciens concepts. Dans la
famille des gyroptères, il existe maintenant dans le
domaine publique, celui des voilures tournantes
contrarotatives coaxiales, avec en particulier celui
de deux rotors couronnes tournantes en sens inverse
autour d'une nacelle soit en version drone, soit en
version nacelle habitée, ce principe répond au but
recherché, celui d'avoir un maximum de surface rotor
libre et une traînée de translation au vent
multidirectionnelle et minimum, de plus lors du vol
en translation ou du vol en géostationnaire en vent
soutenu les vibrations en pied de pale dues au vent'
relatif sont bien plut faibles que dans lé cas de
rotor axiaux, Il existe également dans le domaine
publique le procédé du pilotage de la machine par la
commande de l'incidence des pales par un rotor de
commande ou par des anneaux de commandes.
Citons entre autres les brevets dont les deux
derniers sont actifs
RONTEIX N° 1.082.009 du 19 mai 1953 FR
SPERRY N° 597082 du 10 août 1944 USA
BAKEWELL N° 2740595 du 3 avril 1956 USA.
ROGER DURAND N° 0 215 719 du 7 mai 1985 EUR
DANIEL PAUCHARD N° FR86/00330 du 27 septembre 1985
CYCON N° 0457 710 A3 du l8.mai 1990 EUR
DANIEL PAUCHARD N° FR01/00149 du 20 janvier 2000 FR
Pour réussir l'éclosion d'une industrie sur ces
concepts ils faut que l'ensemble de la conception ne
conduise pas à une machine trop lourde, trop
compliquée, et surtout avec des problèmes de
vibrations incompatibles avec le contrôle de la
machine notamment par les gyroscopes et des problèmes
de dangerosité pour les personnes, l'usage et



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l'environnement, incompatibles avec les exigences de
sécurité actuelles.
Za présente invention ici décrite tient compte de
l'ensemble des forces en jeu, elle ne conduit pas à
une fabrication lourde, chère, avec de nombreux
galets radiaux soumis à des charges, décharges, donc
siège de vibrations, et qui ripent sur la couronne
enchérissant la maintenance et qui obligent un capot
de protection plus haut., réduisant la visibilité du
pilote et passagers.
Zes problèmes de vibrations viennent des charges et
décharges du fait que les pièces en rotation sont
déformées car soumises à des forces centrifuges et
aérauliques importantes, le système ici proposé
permet de prendre en compte les forces centrifuges et
aérauliques en disposant de contacts , roulants,
glissants, flottants par air ou par force
électromagnétique , couronne / nacelle organisés de
telle manière que nori seulement les forces axiales
centrifuges soient compensées mais qu'aussi les
forces radiales de portance ne soient pas le siège de
charges et décharges, que de plus en ces points
géographiques des couronnes le transfert d'énergie
électrique depuis la nacelle puissent être réalisé
sans usure anormale des liaisons du fait de
vibrations, ce qui offre de nouvelles possibilités de
commandes du pas des pales entre autre décrite plus
loin.
Pour cela ici, le système de sustentation (5)entre
les couronnes (2) et les anneaux de structure
supérieur (3) inférieur (4) de la nacelle (6) tant
pour les forces radiales qu'axiales est situé sur les
couronnes selon une géométrie équidistante entre
chaque pale. Zes tensions dues aux forces centrifuges
des pales en mouvement, se compensent au niveau de
ces contacts avec une composante axiale assurant la



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fermeté du contact, le choix des matériaux composites
de la couronne participe à la maîtrise optimisée de
ces tensions.
Plus le nombre de pales est élevé, plus le phénomène
est maîtrisable économiquement, et plus la charge à
la pale est faible, plus le rendement rotorique est
grand, de plus un nombre impair de pales est plus
judicieux pour la maîtrise des résonances
vibratoires, les calculs aérodynamiques privilégient
trois à cinq pales par rotor, ceci est fonction de la
dimension de la machine et des missions attendues.
Za machine est constituée d'un nombre pair d'anneaux
de structure dont la forme permet à des dispositifs,
ici représenté par trois galets (5) dont deux
supérieurs pour les forces de portance et un
inférieur pour porter le poids des rotors à l' arrêt,
situés sur les couronnes(~)intercalés et équidistants
aux pales, de transmettre les forces en jeu, dans une
conception avantageuse tant sur le coût de
fabrication des pièces, de l'assemblage, que sur
celui de la maintenance, ces anneaux sont exécutés
(3) (4) en deux parties, seule la partie supérieure
(3) serait à changer après de nombreuses heures de
fonctionnement.
Dans le cas d'entraînement des couronnes en contra
rotation par une roue conique (7), et pour assurer le
contact roue conique couronne, le plan de rotation
des rotors (8) est légèrement plus haut que le plan
(9) des anneaux de structure correspondants, ce qui
conduit à avoir un moment du fait de la force
centrifuge des pales, venant en opposition du moment
dû au contact à la roue conique d'entraînement.
Dans une conception plus avantageuse et équilibrée,
ceci n'est plus nécessaire du fait de la mise en
rotation directe des couronnes par des moteurs
électriques sans balai , où les aimants sont sur la



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couronne et le bobinage sur la nacelle, le couplage
de vitesse est réglé électroniquement, ce système
permet une réduction de vitesse par le choix du
nombre des aimants et celui des bobinages augmentant
d'autant le rendement global, de plus le centre de la
nacelle est entièrement libéré, ce qui permet autant
un accès supérieur , qu'inférieur riche de facilités
et de sécurités.
Du fait de cette disposition, il est possible
d'alimenter en énergie des servomoteurs, six dans le
cas d'un double rotor tripales, situés sur les
couronnes, et agissant directement sur le contrôle du
pas des pales, simplifiant d'autant le mécanisme, et
transférant la masse sur les couronnes, source
d'énergie en réserve pour les besoins du vol en
autorotation~.
Dans une disposition plus classique ces servomoteurs
(10) agissent chacun sur un patin (11) selon l'axe
vertical, ils commandent ainsi la position dans
l'espace des deux anneaux de commande (12) (13)
associés aux .leviers (14) des manchons des pales
correspondantes, ces six servomoteurs commandent par
biellettes (19) le déplacement vertical de deux
patins situés dans l'exemple dessiné sur un même
rail (20) eux même disposés à 120° sur la nacelle,
les anneaux sont pilotés dans l'exemple présenté
comme un rotor d'hélicoptère en trois points (15)
(16) (17), quatre points serait bancale et source de
vibrations inutiles.
L'avantage prépondérant de ces servomoteurs
indépendants est qu'ils sont facilement
électriquement couplables et ainsi permettent
d'obtenir plus de sécurité par des nouvelles
possibilité de vol de lacet/ tangage, roulis.
Dans la disposition ici représentée, ces patins
supportent chacun élastiquement par un ressort (18)



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par exemple un dispositif comparable à celui de la
structure portante (21), agissant ainsi sur le
positionnement des anneaux dans l'espace et donc sur
le pas de chaque pale.
5 Ce dispositif de commande par ces servomoteurs
associables fonctions du besoin, permet tout aussi
bien d'être destinés aux maquettes de modélisme
télécommandées, drones télëcommandés, télé. pilotés ou
autonomes ou machine pilotée ou avec assistance de
pilotage automatique de toutes dimensions en
intégrant la possibilité d'assistance au pilotage
pour plus de sécurité, la machine capable de vol
autonome peut être tout simplement commandé (haut,
bas, droite, gauche etc.).
Quelque soit l'usage modélisme, drone ou piloté, la
dangerosité des pales est à prendre en compte, aussi
la structure (22) doit répondre également à cet
objectif aussi l'invention comporte également un
dispositif à ce sujet .
Ze carénage (23)d'hélices ou de voilures tournantes
fait partie de l'état de l'art pour l'amélioration
propulsive. Des gains sont obtenus sur le bruit et le
rendement, à évaluer avec l'inconvénient de surcharge
pondérale.
Ze cas de machines volantes équipées de ces
dispositifs comme outils de sustentation par le
contrôle différentiel des flux avec action uniquement
sur la vitesse des rotors présente trop d'inertie,
aussi le dispositif par le contrôle de l'incidence
des pales reste le plus approprié.
Zes gyroptères à rotors contrarotatifs coaxiaux sans
axe, sur couronne tournante autour d'une nacelle
constituant l'habitacle, et avec une commande adaptée
de l'incidence des pales, présentes les avantages de
stabilité, de faible Cx, et de compacité en rapport
avec une surface rotorique maximum. Ces gyroptères



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n'ont pas de queue pourvue de rotor anti-couple, le
pilotage est libre sur 360°, le centre de gravité
est généralement sur l'axe central vertical et est
situé à 1/3 au-dessus du plan de rotor bas, il est
aisément réglable, cette adaptabilité est aussi un
gain de sécurité.
La sécurité et le respect de l'environnement
notamment en ce qui concerne les nuisances sonores et
les gains de consommation d'énergie d'origine fossile
sont devenus des critères importants.
Pour y répondre l'invention propose un jeu
d'enveloppes multifonctions(26) (25) (24) (23) avec des
options d'accessoires utilisés en fonction des
missions à réaliser, notamment pour équiper les
gyroptères ci avant décrits.
La fonction première est la sécurité des personnes,
aussi de préférence l'enveloppe est constituée d'un
grillage (27) répondant au doigt d'épreuve. Zes
personnes, l'environnement et la machine doivent être
protégés des pales en rotation. Ceci facilitera
d'autant plus les autorisations de vol en,lieu public
et la protection de la mission en milieu encombré et
perturbé.
Du fait entre autre de l'énergie cinétique
emmagasinée, la dangerosité des pales tournantes est
alors contrôlée.
Zes accidents ont très souvent lieu plus à
l'atterrissage qu'au décollage , et en vol
l'évitement physique d'obstacles( câbles, antennes,
végétation, bâtiment, objet volant) , notamment les
câbles qui ne sont pas toujours détectables que ce
soit par l'oeil humain que par des sonars, constitue
un important gain de sécurité .
Cette protection participera à la possibilité pour
des personnes moins formées aux règles de sécurité de



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piloter (radiocommande ou télé pilotage de maquette,
ou pilotage directe) .
Ce type de machine peut être équipé de parachute,
aussi cette enveloppe participe à un atterrissage
moins dur, il est possible sur certaine version de
les équiper de structure gonflable, anti-choc comme
anti-immersion.
Cet habillage, réalisable en matériaux composite
n'influe que très peu sur les flux d'air, il
constitue une surcharge pondérale raisonnable surtout
si le principe du rayonnage d'une roue de cycle est
adopté pour solidifier l'armature (28), et que la
partie inférieure est utilisée en tant
qu'atterrisseur (29) tout terrain.
Ce type de machine à voilures contrarotatives, par
conception maîtrise les déséquilibres pendulaires
auto accélérés surtout sensible lorsque qu'une charge
en mouvement est portée sur élingue, aussi une
machine pourvue d'une enveloppe atterrisseur et d'un
treuil avec prof ection d' une fixation d' élingue peut
exécuter des atterrissages acrobatiques en sécurité,
en douceur, par exemple sur forte pente, surface
glissante, glacier, surface ventée, toit de bâtiment,
aire réduite en entonnoir, navire en mouvement, le
décollage peut être assuré de la même manière par
libération automatique de l'élingue, ou que l'on
utilise le no~ud automatiquement ouvert.
Zes matériaux composites actuels permettent des
réalisations économiques, légères et très
résistantes. Zes nouveaux matériaux utilisant les
nanotechnologies sont très prometteurs pour des
solutions encore plus performantes.
Za forme lenticulaire plus ou moins aplatie,
présentée à titre d'exemple, elle peut être
symétrique ou dissymétrique, et permet de nombreux
profil de vol fonction des missions attendues et elle



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permet aussi de conserver les qualités de vol
multidirectionnel de la machine.
Cet habillage permet la mise en place optionnelle
d'un carénage (23) aux avantagés ci avant décrits,
tout en lui conférant une forme aéroçlynamique afin
qu'il contribue à plus de portance dans le vol en
translation.
Cet habillage permet l'utilisation du principe des
condensateurs asymétriques qui permet de traiter
l'air pour améliorer son action sur la pale.
Cet habillage peut être transformé entre autre par de
petites plaques(30) approximativement triangulaires
pivotantes librement sur une ossatv.re triangulaire
en disque volant à vol multidirectionnel, ou forme
aile entre autre delta pour les grandes vitesses en
translation à faible consommation d'énergie surtout
si en plus on y associe les techniques des
condensateurs asymétriques.
Cet habillage peut être équipé de voiles ( 31)
facilitant décollage et atterrissage sur sol mouvant,
sable, plan d'eau, marais, et une utilisation en
hydroglisseur.
La dangerosité des pales ou hélices en mouvement
n'est que très partiellement traitée par les
inventeurs d'aéronef à voilure tournante, or la
sécurité est devenue une fonction incontournable,
elle présente différent niveau d'exigence selon
l'usage de la machine . très petite à très grande ;
machine en vol autonome, filoguidée, télé pilotée,
télécommandée, pilotée ; vol en milieu perturbé et ou
encombré, et ou avec atterrissage, décollage
difficiles ~ travail en stationnaire, ou
géostationnaire, ou travail en translation grande
vitesse. Cette machine peut être équipée d'un
parachute à ouverture automatique de sécurité

Representative Drawing