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" E 6 1 1 o o p t b r e ".
1. Introduction -
La présente invention se rapporte à un hélicoptère.
2. Définition -
Un hélicoptère, en matière aéronautique, est un appareil d'aviation "plus lourd que l'air" capable de quitter par ses seule et propres moyens de bord, un point du sol, de s'élever dans l'at- mosphère et de revenir au même point du sol, tous ces mouvements étant exécutés sur la verticale, passant par le point envisagé.
3. Considérations générales.
Afin de donner un caractère plus pratique à l'appareil il est toutefois préférable de lui adjoindre certains dispositifs
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lui permettant d'exécuter les'mouvements d'après les trois dimen- sions dans l'espace. La grande difficulté que présente la réali- sation d'un hélicoptère est sa stabilité. En conséquence le plus grand soin sera exigé de façon à obtenir une bonne stabilité, tant de forme, que commandée.
4. Description générale de l'appareil.
L'appareil faisant l'objet du présent brevet comporte deux alternatives : Alternative I Fig.l- Vue en plan
Fig. 2- Vue de face
Fig.3- Vue de côté
L'appareil se compose d'une poutre en treillis, en forme de croix A-B-C-D.
A chaque extrémité C et D sont situés les bâtis-balancier E et F.
Ces bâtis sont susceptibles de balancer dans le sens trans- versal autour de leur axe horizontal, entre les flasques avant et arrière de la poutre C D. Deux bielles G et H relient chacune le bord supérieur de l'un des bâtis-balancier au bord inférieur du bâti-balancier opposé. Chaque bâti-balancier porte dans sa par- tie inférieure un moteur I et J en étoile à refroidissement par air, dont les axes verticaux sont prolongés vers le haut et sur lesquels s'adaptent les sustentateurs horizontaux K et L, tour- nant en sens inverse l'un de l'autre.
Immédiatement au-dessus de chaque moteur I et J et sur leurs axes prolongés sont calés de petits ventilateurs assurant le re- froidissement de ceux-là. Les axes moteurs M et N sont également prolongés vers le bas et s'engagent dans des boitas d'engrenages coniques 0 et P, d'où les axes sortent et portent à leurs extré- mités inférieures des volants horizontaux Q et R (ceux-ci tour- nant en sens inverse des sustentateurs associés, amortissent les effets gyroscopiques).
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Chaque bâti-balancier porte à son extrémité inférieure une roue 8 et T, munie d'un amortisseur U et V. A l'extrémité avant de la poutre en A se trouve le moteur tracteur W.
Sur l'axe avant du moteur W est calée une hélice tractive de préférence à quatre pales Z. Une hélice horizontale X est située à l'arrière du poste de pilotage Y.
.Les extrémités avant et arrière de la poutre en croix sont également munies d'une roue AA et AB et d'un amortisseur AC et AD.
Les bâtis-balancier peuvent par un enscmblede leviers et bielles être calés à 90 sur la poutre en croix.
Afin de ne'pas nuire à la clarté des figures 1-2 et 3, les figures additionnelles 4 et 5 montrent la disposition des ailerons latéraux A, du plan de profondeur B et du plan de direction C.
Alternative II.
L'appareil est similaire à celui de l'alternative I mais les bâtis-moteur sont fixes et convergent d'un certain angle sur le plan horizontal de l'appareil. Les sustentateurs auront donc tou- jours le même angle avec l'horizontale passant par la poutre trans -versale. Dans ce cas les boîtes à engrenages 0 et P, les volants Q et R et les bielles G et H seront supprimés. Les ailerons peuvent être placés sous la poutre transversale et pivoter autour d'un axe horizontal milieu dans les deux sens, avant ou arrière et même se mettre dans le plan vertical.
La figure 6 montre un appareil répondant à l'alternative II, les moteurs sustentateurs M sont montés aux extrémités de la poutre transversale, celle-ci étant droite. Les ai- lerons sont montrés en A.
La figure 7 montre également un appareil suivant l'alternative II, les moteurs sustentateurs M sont montés verticalement au milieu de la poutre longitudinale en regard de la poutre transversale également droite. L'effort moteur se transmet aux sustentateurs par l'intermédiaire
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des roues dentées coniques E et . Par ordre de clarté le moteur et l'hélice avant ne sont pas mon- trés.
La figure 8 même que figure 7 mais poutre transversale en oonver-. genoe et non droite. Ce modèle donne la solution le plus réussie.
L'avantage que présente l'alternative I réside dans le fait que les sustentateurs prennent à chaque moment une position d'é- quilibre variable, due à la variation, intentionnelle ou acci- dentelle, du centre de poussée de chaque sustentateur. D'un autre coté l'appareil d'après l'alternative II est de construction plus robuste, moins lourde, donne moins de vibrations et subit moins d'efforts nuisibles, est moins soumis aux effets gyrosco- piques et pourra donner une plus grande vitesse en translation horizontale, il sera de ce fait plus pratique, plus sûr et plus facile à piloter.
Les ailerons seront seulement employés pour le vol horizon- tal, conjointement ou non avec les sustentateurs stabilisateurs.
Le plan de profondeur n'est également employé que pour la trans- lation horizontale.
5. Détails concernant les sustentateurs.
Le profil, l'angle de calage, la forme, les dimensions, le ,nombre et le mode d'accouplement des pales formant les sustenta- tours sont autant de facteurs qui influencent le rendement aéro- dynamique de l'appareil.
Les sustentateurs pour un appareil au point fixe ou en sim- ple translation verticale et les sustentateurs pour un appareil capable de ae mouvoir d'après les trois dimensions dans l'espace, ne seront pas les mêmes.
Dans le premier cas les sustentateurs ne seront soumis qu'à une seule vitesse : la vitesse de rotation (l'appareil étant à l'air libre avec vent de vitesse nulle ou quast nulle en compa- raison avec la vitesse de rotation) et dans 'le deuxième cas la
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vitesse de translation horizontale, qui s'ajoute et peut attein- dre certaines valeurs appréciables en comparaison avec la vitesse de rotation, de ce fait les conditions des sustentateurs changent pour l'un et l'autre cas.
Dans le cas d'un sustentateur en simple translation vertica- le la meilleure qualité sustentatrice correspond à des inclinai- sons variables de chaque pale et cela depuis le centre (axe mo- teur) jusqu'à la périphérie puisque la vitesse de chaque pale varie de 0, au centre, à 2 rn, à la périphérie. Or l'angle qui détermine l'angle d'attaque d'un sustentateur en translation ver- ticale est donné par l'angle Ó (fig.9) dans laquelle:
AB est le plan on rotation
V1 vitesse de translation verticale Va * vitesse de rotation du plan
V vitesse résultante.
@ = angle de calage du plan @ ss - Ó = angle d'indicence en translation verticale.
Dans la figure 9 : tg Ó= sin Ó =. V1 cos Ó V2 or au centre V2 0
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d'où tg K x 1 - 00 d' où <X - 9 oa
0 à la périphérie Va = 21frn d'où tg Ó= v1
2Ò rn
Donc dans ce cas le sustentateur sera vers sa racine vertical (90 ) en diminuant progressivement d'angle jusqu'à la périphérie où il se rapprochera de 0 donc quasi horizontal.
Dans un sustentateur en translation horizontale ces conditione plus changent puisqu'il faut en/tenir compte de la vitesse horizonta- le qui intervient.
Dans ce cas, analogue à celui du plan fixe d'un avion, l'on doit avoir un angle uniforme et voisin de 10 sur toute la lon- gueur des pales de façon à obtenir une poussée maximum avec une
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traînée minimum. Il faut donc choisir un juste milieu entre ces deux solutions. Les pales des sustentateurs se rapprochant de la forme des hélices tractives d'avion donnent une heureuse solution.
Etant destinées à tourner à de grandes vitesses et afin de com- battre de ce fait les effets dus à la force centrifuge, les pa- les seront de préférence venues d'une seule pièce en bois ou en métal léger.
Les vitesses des pales sur leur axe longitudinal varient, comme expliqué plus haut, d'un minimum 0, à la racine, à un mi- nimum 2Ò rn, à la périphérie. En conséquence, la valeur maximum de la poussée KzSV2 est théoriquement située à la périphérie.
Pratiquement cette valeur maximum se trouve reculée vers environ les 2/3 de la longueur des pales à leur racine. Il est donc de tout avantage de donner à cette partie du sustentateur une sur- face plus grande afin d'obtenir une poussée maximum pour une sur- face de sustentateur donnée. Les coins vers la périphérie seront arrondis et écourtés afin de diminuer au bord de fuite, les tour- billons d'air nuisibles au bon rendement aérodynamique des pales.
L'angle de calage des pales sur Horizontale sera quasi constant sur toute leur longueur. Comme dans le cas d'une aile d'avion on tiendra également compte de l'allongement. Un grand allonge- ment donne les meilleurs résultats; malheureusement cela trous conduirait à des pales de trop grand diamètre, qui en conséquent ce à de grandes vitesses devraient subir de trop grands efforts.
Un allongement 4 ou 5 est à recommander.
De toutes ces considérations les pales d'un hélicoptère, destiné à se mouvoir d'après les trois, dimensions dans l'espace auront une forme similaire à celle de la figure 10.
La quantité de pales par sustentateur ainsi que le mode d'accouplement de ceux-ci jouent également un rôle très important sur le rendement aérodynamique de la voilure. La meilleure solu- tion pour un hélicoptère fixe ou en simple translation verticale est le sustentateur à deux pales, donnant la moindre interaction
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mais le sustentateur à quatre pales donnera plus de stabilité, une charge par surface unitaire mieux répartie et une voilure de moindre diamètre.
Tout hélicoptère doit avoir au moins deux sustentateurs tournant en sens inverse l'un de l'autre de façon que les couples de réaction se détruisent mutuellement à moins d'employer un dis- positif supplémentaire annulant ce couple. Sans cette disposition l'appareil se mettrait à tourner sur lui-même. Les deux susten- tateurs tournant en sens inverse peuvent être coaxiaux ou côte à côte. Bien que les sustentateurs coaxiaux donnent un encombre- ment moindre à l'appareil, le système côte à côte est préférable puisqu'il occasionne moins d'interaction et donne en conséquence une qualité sustentatrice bien supérieure.
6. Stabilité latérale.
Les sustentateurs jouent le double rôle de :
1 / sustentateurs
2 / stabilisateurs latéraux.
La stabilisation latérale est obtenue par le procédé d'agen- cer à chaque sustentateur un moteur distinct, à commande séparée.
De cette façon lorsqu'un des sustentateurs descend ou monte, et de ce fait incline l'appareil dans le sens latéral, la vitesse de rotation du moteur accouplé au sustentateur en question sera augmentée ou diminuée de façon à accroître ou décroître la pous- sée. Donc chaque sustentateur agissant sur un levier de longueur quasi égale, mais l'un agissant avec une plus grande forme ramè- nera l'appareil sur sa position horizontale.
Puisque les pous- sées sont égales à Kz SV2 que KzS est quasi identique pour les deux sustentateurs, en doublant par exemple la vitesse d'un des moteurs on obtiendra une poussée quatre fois plus grande de ce coté. En simple translation verticale avec vent debout eu en translation horizontale (les effets sont presque les mêmes) les vitesses relatives de chaque pale d'un sustentateur diffèrent périodiquement à chaque tour comme indiqué aux figures 11 et 12 dans lesquelles :
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v vitesse de translation horizontale
V= vitesse de rotation.
Vitesse résultante relative au point A= V+v aux points B et D = V2 + v2 au point C = V-v
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au point 3 m V V2 + v2 +2Pv cos {3 au point F = V2 + v2 2 Vv cos ss donc avec un maximum en A avec V=v et un minimum en C avec V-v .
Les centres de poussée sont en conséquence désaxés et ne corres- pondant plus au centre 0 du sustentateur (fig.13).
Pour A et C le centre de poussée sera en G
Pour D et B, étant égaux, il se trouvera au centre 0
Pour E et F, au point H.
Donc un un tour complet le centre de poussée aura décrit une circonférence de diamètre
O G DVv
V2+v2
D - diamètre du suetentateur.
Pour deux sustentateurs accouplés côte à côte, tournant à vitesse uniforme et en translation horizontale la résultante gé- nérale des poussées des deux sustentateurs passera par,la ligne de symétrie de l'appareil (verticale passant par le centre de symétrie).
Si intentionnellement ou accidentellement la vitesse de ro- tation d'un des sustentateurs est modifiée et ne correspond plus à celle de l'autre, la résultante ne passera plus par le centre de symétrie et l'appareil s'inclinera du côté de la moindre vi- tesse. La figure 14 donne une comparaison pour le cas d'une dimi- nution accidentelle de vitesse ou de poussée d'un des sustentateurs d'un appareil à axes moteur droits (traits pleins) et d'un appa- reil à axes moteur convergents (traits pointillés)
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p = vitesse en diminution accidentelle)
plm vitesse inohangée P= résultante Appareil p1= vitesse inchangée Appareil
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p2= vitesse stabilisatrice .P='é8ultante pe= vitesse en diminution intention- P1=résultante exes droits nelle p4= vitesse en diminution accidentelle Appareil' p5= vitesse inchangée p2=résultante à p6= vitesse stabilisatrice pe=résultante axes p7= vitesse en diminution intention- p3=résultante convergents nelle A remarquer que plus la vitesse de rotation augmente plus le cen- tre de poussée se rapproche du centre 0 du sustentateur comme sui- te à la formule = DVv ,citée plus haut.
V2+v2 L'action combinée de l'augmentation de poussée du côté en plongée (augmentation intentionnelle de la vitesse de rotation du moteur en plongée) et de la diminution de poussée du côté en montée (di- minution intentionnelle de la vitesse de rotation du moteur en montée) ramènent l'appareil instantanément dans sa position d'é- quilibre horizontale.
Les effets pour un appareil à axes droits ou obliques sont presque les mêmes, les forces Pi et P3 et leur bras de levier oc et o B étant presqu'égaux mais dans le cas d'un appareil à axes convergents la poussée a tendance de s'opposer au mouvement amor- cé et de se rapprocher davantage de la verticale tandis que dans l'appareil à axes droits celui-ci a tendance de rester pluslong- temps incliné et même de permettre à l'appareil d'amorcer une glis -sade latérale oblique.
Lorsque l'appareil se met latéralement en oblique il aura tendance à amorcer donc une glissade dans la direction de l'incli- naison.
L'appareil à axes convergents présente le grand avantage d'en de -rayer ou tout au moins d'amortir ou/retarder cette glissade grâ- ce à sa grande stabilité de formé, due à la convergence de ces
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axes motaurs, Le sustentateur en plongée recevra en effet une poussée supérieure à l'autre et tend donc à redresser l'appareil automatiquement.
Donc en cas d'inclinaison latérale ces différents facteurs ralentissant sa marche permettront au pilote d'agir en temps vou- lu sur le moteur en plongée de façon à augmenter sa vitesse et en diminuant simultanément la vitesse du moteur en montée, afin de ramener l'appareil dans sa position horizontale.
Les glissades seront également beaucoup amorties de par la grande inertie, que possède l'appareil lui-même.
7.- Stabilité longitudinale.
En translation horizontale la stabilisation longitudinale s'obtient par l'action exercée par le plan arrière de profondeur B, figure 4.
Au point fixe ou en simple translation verticale cette stabi- lité est assurée par une hélice horizontale commandée (par écono- mie de poids)par le moteur tracteur avant. Par l'intermédiaire d'un levier et 'un train baladeur d'engrenages cette hélice peut tourner,soit dans l'un ou dans l'autre sens, provoquant de cette façon, soit une poussée vers le haut ou vers le bas, suivant le sens de rotation.
L'hélice tractive avant A (fig.15) est reliée par son axe au moteur C par l'intermédiaire d'un système ordinaire d'embrayage B. L'axe moteur porte à son extrémité arrière une roue dentée droite D, qui engrène en permanence avec una autre roue E, calée sur un axe F, isolé et parallèle au premier. Cet axe porte en plus deux autres roues dentées droites A et H. La roue H engrène en permanence avec une roue I, calée sur un axe J, isolé et parallèle à l'axe F. Le levier X, pivotant autour du point L, est muni d'une manette à ressort M pouvant s'arrêter dans un cran du guide à den- ture droite N.
La manoeuvre du levier, soit vers l'avant ou vers l'arrière (direction flèches 0 et P) entraîne les deux bielles
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Q et le manchon R à rainure guide (coulissant sur l'axe S). Sur le manchon R (train baladeur) sont calées deux roues dentées droites T et U. Le levier K coulisse et entraîne le manchon R, par l'in- termédiaire d'un deuxième manchon concentrique guidé AX. entre deux crans d'arrêt V (pour détails voir fig.16) et peut mettre soit les roues T et G ou U et I en regard l'une de l'autre ..L'axe S transmet le mouvement moteur à l'engrenage conique W et X, ce dernier transmettant la rotation à l'hélice horizontale Y, calée sur l'axe Z.
Les deux bielles Q transmettent un mouvement de va-et-vient à deux pièces AA recouvertes d'amiante et servent de frein (genre frein de Prony) sur l'axe Z à chaque changement de rotation de cet axe (pour détails voir fig.17). de sens
A chaque changement/de rotation de l'hélice horizontale l'axe moteur est débrayé du moteur au moyen d'un système de débrayage AB. Le mouvement de débrayage est transmis par le levier K à la broche AC, agissant sur le ressort de rappel du débrayage (non montré sur la fig, pour ne pas surcharger l'ensemble) par l'inter- médiaire de la bielle AD, le levier coudé AB, la bielle AF et le coulisseau AG.
Le mouvement du coulisseau est réglé de talle façon que la roue T ou U soit déjà. légèrement engrenée avec, respectivement, la roue G ou I avant que l'embrayage AB fonctionne et réciproque- ment au débrayage, 8. - Poste de pilotage. -
A part les instruments courants comme altimètre,compte-tours.
...etc, le poste de pilotage comprendra : a/ Un levier de démarrage pour chaque moteur (donc trois démarreurs). b/ Trois accélérateurs (un pour chaque moteur). c/ Un "manche à balai" pour commander les plans de profondeur et les ailerons. d/ Un palonnier pour commander le plan de direction.
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e/ Un levier de calage du/bâti balancier. f/ Un levier de commande pour le stabilisateur longitudinal. g/ Un levier d'embrayage et de débrayage de l'hélice tran- tive avant.
La commande (e) est seulement employée dans certains cas com- me pour chute libre.,'.,etc,, pour un appareil à bâtis-balancier libres.
9.- Embrayage et débrayage automatiques des sustentateurs (fig.18).
Chaque sustentateur tourne fou sur son axe A par interposition de roulements à bielles B. Chaque sustentateur est pourvu à sa base inférieure d'une cuvette coaxiale 0, solidaire du sustentateur et qui est terminée en bas par une couronne à denture droite très échanorée D. L'assemblage de la cuvette et du sustentateur sera fait par interposition d'un ressort afind'amortir l'à-coup au mo- ment de l'embrayage de la voilure.
Sous la cuvette l'axe moteur présente quatre ergots E fixes sur les quatre faces dans lesquels viennent s'articuler quatre petits leviers F, terminés par quatre contrepoids G.
Moteurs arrêtés les sustentateurs tournent librement sur l'a- xe moteur. Avec moteur en marche, de par la force centrifuge, les quatre contrepoids s'écartent de leur position verticale de repos et se mettent en horizontale , chaque petit boîtier s'emboîtant dans une dent de la couronne dentée et entraînant le sustentateur dans le mouvement de rotation de l'axe moteur (figs.19 et 20).
Ce dispositif permet: a/ de descendre en chute libre, moteurs sustentateurs arrêtés
L'appareil descend en parachute, les sustentateurs tour- nant librement sur leur axe avec une vitesse d'autant plus accélérée que la vitesse de chute sera accélérée.Par accélération de la vitesse de rotation, la poussée aug- mente et la vitesse de chute est de ce fait diminuée (sustentateurs débrayés).
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b/ de voler en autogyre(autrotation). c de voler en translation horizontale moteur tracteur avant arrêté et sustentateurs embrayés. En effet, en inclinant l'appareil vers l'arrière en formant une oblique sur l'ho- rizontale, la composante horizontale de la réaction sur le sustentateur produit une traction en avant.
L'obliquité s'obtient dans ce cas par le plan de profondeur.
10.- Manoeuvres à exécuter en cas de panne d'un ou des moteurs. a/ Panne moteur tracteur avant.
L'on peut continuer de voler en translation horizontale en volant avec l'appareil enoblique sur l'horizontale. b/ Panne moteurs sustentateurs.
L'on peut continuer de voler en autoretation (autogyre). c Panne des trois moteurs.
L'on peut descendre : ca soit en oblique tout en se dirigeant vers un point dé- terminé, en autorotation, due à la vitesse de glissade acquise . cb soit en verticale, l'appareil tombant en parachute.