<Desc/Clms Page number 1>
" Avion à aile battante à battement polyphasé oblique "
La présente invention a pour objet des perfeotionne- ments aux avions à ailes battantes particulièrement propres au soulèvement et au transport de personnes ou de marohan- dises légères, par le moyen du vol battant qui, suivant une caractéristique essentielle de l'invention, est réalisé par @ le battement polyphasé oblique des surfaces portantes des ailes, pivotant, avec un mouvement alternatif, obliquement par rapport à leur propre surface et aveo un déphasage con- venable entre elles de la période de battement ;
de cette ma- nière se trouvent éliminées les oauses fondamentales de
<Desc/Clms Page number 2>
nature aérodynamique et mécanique qui ont rendu impossible jusqu'ioi la réalisation du vol à aile ou ailes battantes, par exemple par la subdivision de la surface d'aile en deux parties pivotant en sens opposés alternativement et orthogonalement ( orthoptère ).
Les perfectionnements faisant l'objet de la présente invention concernent prinoipalement la subdivision de la surface d'aile portante en quatre ou plus de quatre paires d'ailes pivotant, avec un mouvement alternatif approximativement sinusoïdal, d'un angle plus ou moins grand autour d'axes fortement inclinés par rapport à la surface d'aile et avec un déphasage approprié de la période de battement.
Ils concernent en outre le couplage des différentes fractions d'ailes adjacentes de manière à constituer des éléments à balancier comportant chacun une aile de droite et une aile de gauche, disposés séparément ou deux à deux en tandem sur des axes parallèles entre eux et inclinés sur l'axe longitudinal de l'avion, le mouvement pivotant alternatif leur étant transmis au moyen d'organes de transmission appropriés commandés par un arbre unique parallèle à l'axe longitudinal de l'avion et oonvenablement actionné par le moteur de l'avion.
Les dessins annexés montrent une forme de réalisation de l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif.
Sur ces dessins :
La figure 1 est une vue schématique de côté, en élévation longitudinale, d'un avion à ailes battantes suivant l'invention.
La figure 2 en est une vue par en dessus.
La figure 3 en est une vue de face.
La figure 4 montre partiellement, en vue de côté et à plus grande échelle, les arbres oo-axiaux obliques portant
<Desc/Clms Page number 3>
deux éléments à balancier, ainsi que les organes oorrespondants de transmission du mouvement pivotant alternatif.
La figure 5 est une coupe suivant la ligne A - A de la figure 4, vue en direction des flèches.
La figure 6 est une vue de face de la figure 5, en direotion de la flèche.
La figure 7 est un sohéma démonstratif du dispositif cinématique pour n = 2 .
Comme il résulte des dessins, dans lesquels les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes parties, la forme d'exécution illustrée par les figures 1 à 3 est relative à un avion biplaoe comportant quatre éléments d'aile à balanoier, 1, 2, 3 et 4, oonstitués chacun par deux ailes solidaires entre elles, disposées deux à deux en tandem,- soit : les éléments! - ! sur les arbres 5 - 6, et les éléments 2 - 4 sur les arbres 7 - 8; ces arbres 5 - 6 et 7 - 8 sont respec- tivement parallèles entre eux et inolinés sur l'axe longitudinal de l'avion d'un angle de 72 dans la forme de réalisation illustrée. Ces quatre éléments d'aile constituent quatre paires d'organes porteurs ou ailes pivotantes aveo un mouvement oiroulaire alternatif d'un angle plus ou moins grand qui, dans l'exemple représenté est de 70 .
Le pivotement alternatif en oontre-phase des quatre paires d'organes porteurs, oonstituées par les éléments 1 et 4 pour deux paires et 2 et 3 pour les deux autres paires, se fait de manière telle que chaque élément pivote par rapport à un autre aveo un déphasage de 1/4 de la période totale de battement et ce, au moyen d'une disposition appropriée des organes de transmission reliés au moteur, comme il sera spécifié en détail dans ce qui suit.
Les éléments d'aile 1 et 2, 3 et 4, représentés sohématiquement, sont constitués par des ailes biplanes rigides,
<Desc/Clms Page number 4>
Contour rectangulaire et d'un profil normal pour les avions, mais il est évident qu'aussi bien le profil que le contour et la courbure des ailes peuvent varier. Ainsi, les éléments peuvent être plus de quatre mais toujours en nombre pair.
Afin de réduire la résistance de l'air au soulèvement des ailes, une partie extrême plus ou moins grande de chacune d' elles peut être avantageusement constituée par des ailerons pivotant automatiquement, à la manière de soupapes, autour d'axes transversaux, d'un angle voisin de 90 ( aile à volet).
Pour pouvoir effectuer leur mouvement de battement, les éléments d'aile sont portés, comme il a été dit, par des arbres appropriés disposés obliquement par rapport à l'axe longitudinal de l'avion et parallèles entre eux ; il est évident que ces arbres devront être très robustes pour supporter les efforts de torsion dûs aux pressions aérodynamiques et aux accélérations positives et négatives des masses d'ailes en mouvement. Dans l'exemple d'exécution représenté, les éléments d'aile 1, 3, 2 et 4 sont solidaires, par l'intermédiaire d'un châssis, respectivement des arbres obliques 5, 6 et 9 - 8 disposés deux à deux ooaxialement l'un dans le prolongement de l'autre.
Les arbres 5 et 6 ainsi que les arbres 7 et 8, disposés en tandem, sont portés par des paliers appropriés, à roulements à billes si on le désire, du châssis en tubes métalliques 11 de l'avion.
Le pivotement alternatif est communiqué à chaque arbre portant un élément d'aile, au moyen d'un bras 12, d'une bielle 13 et d'une manivelle convenablement profilée 14; les manivelles correspondant aux arbres 5 - 6 sont calées sur un même arbre 15 parallèle aux premiers et sont décalées entre elles de 90 . La même disposition est prévue pour les arbres 7 - 8 et les manivelles correspondantes sont, de même, décalées de 90 par rapport aux précédentes.
<Desc/Clms Page number 5>
Les arbres portant les manivelles reçoivent, chacun par l'intermédiaire d'un train d'engrenages réducteurs 16, leur mouvement d'un arbre unique 17 parallèle à l'axe longitudi- nal de l'appareil, actionné par un moteur d'avion, qui peut être mis automatiquement en marche et posséder un embrayage à friotion, un réducteur et éventuellement un changement de -vitesse. Suivant la forme d'exécution représentée relative- ment à un avion muni de quatre éléments d'aile, oeux-oi pivo- teront alternativement et obliquement par rapport à la sur- face d'aile avec un déphasage de 1/4 de la période complète de battement l'un par rapport à l'autre, en raison de la dis- position à 90 des manivelles.
Si, au oontraire, les éléments d'aile porteurs étaient au nombre de 2n ( avec n > 2), les manivelles seraient disposées à 360 /2n , celles actionnant des
2n éléments d'aile disposés symétriquement par rapport au centre de la figure du système d'ailes, étant toujours entre elles à 180 si les bras de celui-ci sont placés du même côté de l'avion.
L'avion à ailes battantes du type représenté est en outre constitué par un double châssis en tubes métalliques en bois ou en bambous, formant un parallélipipède indéforma- ble, constitué en substance par les tubes inolinés avant et arrière, parallèles entre eux et reliés par des tubes hori- zontaux et inolinés, châssis qui est destiné à supporter tous les organes de l'avion et qui est oonvenablement muni de deux roues avant et d'une roue arrière ou d'un patin à la place de oelle-oi. A l'arrière de ce ohâssis et notamment sur les tubes inolinés arrière, est montée la queue portant les gou- vernes de profondeur et de direction. Le moteur, l'arbre prin- oipal de transmission et les sièges des aviateurs sont oonve- nablement portés par deux tubes longitudinaux intermédiaires.
Les organes de commande et de direction de l'avion sont ana- logues à ceux des avions usuels. Grâce à la disposition qui
<Desc/Clms Page number 6>
vient d'être décrite, si le mouvement rotatif de l'arbre moteur est uniforme, on aura, pour les arbres coaxiaux 5 - 6 et 7 - 8 portant les éléments d'aile, un mouvement approximativement sinusoïdal.
Par suite, et en raison du déphasage de la période de battement, on obtient ce qui suit :
1 )- Constance de la somme des pressions aérodynamiques sur chacune des ailes pendant l'entière période de battement, du fait que ces pressions sont proportionnelles au carré des vitesses et que ces vitesses sont proportionnelles aux sinus des angles de pivotement pendant la période, la somme des carrés de ces sinus étant constante grâce audit déphasage;
2 )- Variation, pendant la période de battement, de moins de 30 % de la puissance absorbée par l'ensemble des ailes si n = 2 , et constance en pratique, de la puissance si n > 2, car chacune des puissances est proportionnelle au oube des sinus;
3 )- Compensation simultanée des accélérations périodiques positives et négatives des masses d'ailes.
En outre, l'obliquité du mouvement de battement par rapport à la surface d'aile réduit la valeur de la puissance nécessaire à la sustentation laquelle, comme connu, diminue, pour des profils normaux, jusqu'à la limite de 2 à 5 avec la diminution de l'angle d'attaque qui, avec la disposition précédemment décrite, peut être aussi petit qu'on le désire.
Grâce aux perfectionnements faisant l'objet de la présente invention, la propulsion peut être imprimée à l'avion par les'ailes elles-mêmes, dans le cas où la résultante des pressions est inclinée en avant par rapport à la verticale, ce qui, pour des vitesses horizontales relativement élevées, nécessite un gauchissement hélicoïdal de la surface d'aile pour ne pas donner lieu, en marche, à des pressions négatives au voisinage de l'axe de pivotement.
La propulsion pour-
<Desc/Clms Page number 7>
rait également être imprimée par une hélioe en laissant aux ailes le seul rôle de sustentation ; ce serait normalement le cas d'avions à sustentation dynamique-statique, c'est-à-dire le cas de ltaile battante appliquée aux dirigeables auxquels on laisserait un poids supérieur à celui correspondant au flottement, avec toutes les très importantes conséquences pratiques que cela entrainerait et qu'il est superflu d'illustrer.
La disposition des éléments d'aile porteurs, montés deux à deux sur chaque axe de pivotement, a pour but de rao- oouroir l'avion et de ltalléger, car il n'exige qu'un seul système d'engrenages réducteurs de vitesse pour deux éléments d'aile co-axiaux, ce même système étant par ailleurs complètement soustrait à l'action des accélérations des masses d' aile lorsque les manivelles agissant sur les éléments d'aile, montés sur le même axe, sont décalées entre elles de 90 , ce qui est toujours possible pour n multiple de 2.
Sur un appareil à sustentation purement mécanique et à propulsion par les ailes conforme à la présente invention, le siège du pilote peut être avantageusement déplaçable le long de l'axe longitudinal de l'avion pour pouvoir être convenablement fixé à l'emplacement désiré, afin de pouvoir modifier l'obliquité de la résultante des pressions par rapport à la verticale et, par suite, l'angle d'incidence i par variation du centre de gravité par rapport au centre de pression, à peu près invariable, et par conséquent en faisant varier la valeur de la composante horizontale déterminant la translation et ce, indépendamment de l'action du gouvernail de profondeur.
Suivant les lois fondamentales de l'aérodynamique et suivant des polaires relevées expérimentalement pour avions le calcul démontre que, une fois obtenue, au moyen du battement sinusoïdal polyphasé, la constance de la pression sus-
<Desc/Clms Page number 8>
tentatrice et une fois éliminée, par rapport au moteur, les afforts considérables produits par les accélérations périodiques des masses d'aile, et étant donné une charge unitaire de 9 kgs. au m2 d'aile et un angle d'attaque @ de 14 , on peut obtenir le décollage au point fixe avec une puissance d'environ 13 kgm. à la seconde par kilogramme de poids total de l'avion au moyen d'une aile rigide, et d'environ 8 kgm.
à la seconde au moyen d'une aile à volet, tandis que la puissanoe néoessaire à la sustentation va en diminuant avec l' augmentation de la vitesse horizontale de translation et ce très rapidement jusqu'à une vitesse d'environ 10 m. à la se- oonde.
Pour l'aile rigide, la puissanoe nécessaire au décol- lage tombe jusqu'à 8 kgm. à la seconde à la vitesse horizontale relative de 5 m. seulement à la seconde, vitesse qui peut être atteinte par un élan à terre sur moins de 10 mètres, et il est même probable que des résultats très supérieurs pourraient être obtenus avec des types d'aile spéciaux.
Les conditions sus-indiquées de charge unitaire et de puissance peuvent être facilement réalisées par les moyens dont dispose la technique moderne, sans dépasser les limites de résistance des matériaux convenablement choisis, même pour des charges totales considérables, lorsque la surface d'aile est subdivisée en un nombre suffisant de parties de dimensions non exagérées, ce qui est justement le cas avec le système proposé, avec lequel un rapport déterminé de la charge à la surface portante peut être obtenu par la variation du nombre plutôt que des dimensions des ailes.
Il faut reconnaitre que la vitesse horizontale maxima qui peut être pratiquement obtenue, si l'on utilise l'aile comme propulseur, ne semble pas pouvoir dépasser 30 ou 35 m.
<Desc/Clms Page number 9>
à la seconde, mais ces vitesses doivent être jugées plus quesuffisantes pour rendre pratique un appareil de tourisme ou de reconnaissance présentant les énormes avantages de décollage et d'atterrissage sus-mentionnés. Il est à remarquer aussi que, les ailes étant arrêtées, un appareil du type décrit peut fonctionner comme planeur s'il ne possède pas d' hélice et comme avion s'il en est muni. Naturellement, l'application du système aux appareils mixtes serait d'autant plus facile que le taux de charge prévu pour la sustentation dynamique serait plus faible.
Le calcul et l'expérience concourent, par contre, à démontrer l'impossibilité du vol à aile battante de personnes avec des appareils ne comportant qu'une ou deux paires d'ailes, et ce aussi bien pour des raisons mécaniques que pour des raisons aérodynamiques. De même, il est impossible d'affirmer que les hélicoptères et analogues se soient révélés pratiques jusqu'ici, et il y a peu d'espoir désormais qu'ils puissent recevoir de notables perfectionnements.
Il est évident, par ailleurs, que la forme de réalisation décrite et représentée est susceptible de recevoir toutes les variantes et modifications ne sortant pas du cadre de la présente invention.