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L'invention est relative à un avion à ailes battantes rigides disposées en flèche de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'avion et oscillant autour d'axes disposés à une certaine distance au-dessous d'elles. Il est déjà connu de monter des ailes battantes sur des axes d'oscillation disposés à une certaine distance au-dessous d'elles (brevet allemand n 6080521 du 11 juin 1932 et brevet français n 8090701 du 22 août 1936). Ces réalisations antérieures comportent des ailes qui produi- sent, par leur battement, une propulsion très élevée, mais au prix d'une dépense de force motrice de quelques chevaux.
Il en résulte que la struc- ture des ailes battantes de grandes dimensions et leur mécanisme de comman- de ne peuvent pas résister à l'effort-moteur, étant donnée la légèreté obligatoire de la construction,
La présente invention utilise l'ancienne disposition des axes d'oscillation, mais les ailes sont établies de manière telle que leur bat- tement puisse être entretenu par une force très faible qui ne fatigue pas le mécanisme de commande de la voilureo On obtient par ce battement, réali- sé dans des conditions très économiques, une force propulsive évidemment moindre que dans les réalisations antérieures ci-dessus visées, mais de valeur assez élevée cependant pour vaincre la traînée des ailes.
Par exem- ple, lorsque la résultante aérodynamique sur l'aile pendant l'abaissement est perpendiculaire à la direction de vol, la force propulsive obtenue est rigoureusement égale à la traînée. Dans ce cas, le travail nécessaire pour faire battre les ailes est fourni par les forces engendrées sur les ailes même Se
Cette propriété inattendue des ailes conformes à l'invention fait que l'emploi d'un moteur n'est nécessaire ni pour déplacer la voilure dans la direction du vol, ni pour la déplacer latéralement. Cet emploi, ou ce- lui de la force humaine, n'est à prévoir que pour vaincre la résistance à l'avancement du fuselage et des éléments de structure qui lui sont associés.
La qualité de l'aile battante conforme à l'invention se déduit des essais faits à la Grande Soufflerie de Chalais-Meudon avec une aile rigide soufflée en attaque oblique. Lesdits essais montrent l'existence de forces latérales qui s'annulent parce qu'elles se contrebalancent sur l'ai- le en flèche. L'énergie employée à créer ces forces est donc perdueo Tout comme la force substentatrice, ces forces latérales prennent naissance sous l'influence de la traînée de l'aile et au prix d'une diminution de la por- tance maximum possible. L'énergie qui peut être ainsi emmagasinée sur une aile de bonne forme est aussi élevée que l'énergie nécessaire pour vaincre la traînée.
On en conclut qu'il sera possible de récupérer l'énergie in- vestie dans la traînée, si l'on transforme l'énergie potentielle disponible sur l'aile en énergie cinétiqueo On peut précisément utiliser cette énergie potentielle pour faire battre l'aile, et le battement peut servir à son tour à annuler la traînée de l'aile.
Ce procédé est appliqué par l'oiseau, par exemple par la grue et les migrateurs d'espèce simulaire. Il est également appliqué dans un pro- pulseur marin à pales battantes, lequel, par son rendement qui s'élève à près de cent pour cent, prouve l'existence du phénomèneo
L'invention consiste à agencer une paire d'ailes en flèche pivo- tant autour d'axes d'oscillation disposés à une certaine distance de l'axe longitudinal de l'avion, de manière telle que les quatre caractéristiques suivantes soient présentes en combinaison :
a) la surface externe de chaque aile constitue l'enveloppe d'un profil aérodynamique de base touchant, par son bord de fuite, la surface d'un cylindre imaginaire à section circulaire dont l'axe est confondu avec l'axe d'oscillation de l'aile, ce profil s'écartant progressivement, de
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l'avant de l'aile vers l'arrière, de l'axe longitudinal de l'avion, de sorte que l'aile s'en trouve gauchie ; dans la vue en plan de l'appareil, l'écartement progressif du profil aérodynamique de base mentionné sous a) est tel que le bord d'attaque de chaque aile forme un angle de 30 environ avec l'axe longi- tudinal de l'avion, donnant ainsi à la voilure une flèche très prononcée ;
c) les intrados de tous les profils aérodynamiques transversaux d'une aile sont des spirales ayant pour pôle l'axe d'oscillation de l'aile, de sorte que la tangente en chaque point d'un intrados forme avec la tan- gente au point correspondant du cylindre mentionné sous a) un angle d'at- taque positif, le point correspondant du cylindre se trouvant à l'inter- section de la surface dudit cylindre avec le rayon passant par le point considéré dudit intrados ; d) la résultante aérodynamique exercée sur chaque aile pendant la phase d'abaissement de celle-ci passe par l'axe d'oscillation de l'ai- leo
Chaque aile, conforme aux caractéristiques @ à d) ci-dessus, est reliée par une bielle à un vilebrequin.
Ceci noté, 1 invention consiste également à pourvoir d'une hélice chacune des extrémités dudit vilebrequin, les extrémités desdites hélices comprenant une masse de matériau lourd de manière à former volant. Les hélices participent à la propulsion du fusela- ge, comme les mâts porteurs des ailes qui, par leurs mouvements latéraux, engendrent une propulsion par un effet analogue à celui de la queue des poissons.
L'invention sera mieux comprise par la description ci-après d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple, la description étant faite en référence aux dessins ci-annexés dans lesquels g
La figure 1 est une vue en élévation de face de l'avion ;
La figure 2 est une vue en plan ;
La figure 3 est une vue latérale ;
La figure 4 est un schéma relatif à la génération d'une aile con- forme à l'invention par un profil aérodynamique de base ;
La figure 5 montre, suivant une coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'avion, le déplacement de l'air produit par une aile pen- dant un demi-tour du vilebrequin ;
La figure 6 représente, dans une coupe parallèle à l'axe longi- tudinal de l'avion, le diagramme des forces mises en jeu et des vitesses correspondantes pendant l'abaissement de l'aileo
Les ailes 1 sont disposées en flèche ; la flèche de chaque aile par rapport au plan de symétrie de l'avion ou de la direction de l'axe d'oscillation 4 de ladite aile est d'environ 30 . Chacune des ailes bat- tantes 1 est agencée de manière à être rigide à la flexion et à la tor- sion, et constitue avec ses mâts 3 et son axe d'oscillation 4 une cellule rigide. Lesdites cellules sont articulées par leurs axes d'oscillation 4 à l'extrémité extérieure des jambes profilées 50 Les axes d'oscillation 4 et l'axe longitudinal de l'avion sont parallèles. Les jambes 5 sont fixées au fuselage 2, de section ovoïde.
Elles forment avec lui une armature ri- gide par le moyen de laquelle celui-ci et son occupant, ou ses occupants, sont portés par les ailes pendant le vol.
Au-dessus du fuselage 2 sont fixés les supports 6 qui reçoivent à leur extrémité supérieure, dans'des roulements appropriés, les paliers
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du vilebrequin 7. Les bielles 8, articulées sur les manetons du vilebre- quin 7 et les ailes battantes 1, assurent la liaison mécanique entre le fuselage et la voilure. A chaque bout du vilebrequin est fixé un bras 9 portant à chacune de ses extrémités une masse 10 qui forme volanto L'em- ploi de deux volants au lieu d'un évite la torsion du vilebrequin, ce qui contribue à la sécurité du fonctionnement.
Cette sécurité est accrue par le fait que la résultante aérodynamique R exercée sur l'aile conforme à l'invention passe par l'axe d'oscillation 4 de l'aile. Avant l'incorpora- tion de cette caractéristique à l'aile (caractéristique d) ci-dessus), c'est-à-dire dans le cas des systèmes à ailes battantes antérieurs, le déport de la ligne d'action de la résultante R par rapport à l'axe d'oscil- lation de l'aile consommait de l'énergie, et les variations de grandeur de R devraient être compensées par des ressorts en caoutchouc ou en métal.
Comme de tels éléments sont lourds, cassent fréquennent, ne travaillent pas sans perte d'énergie et font du bruit, leur suppression est une ques- tion vitale dans l'avion à ailes battanteso
La flèche des ailes montrée à la figure 2 résulte de l'écarte- ment progressif du profil aérodynamique de base par rapport à l'axe longi- tudinal de l'avion, ce profil touchant, par son bord de fuite, le cylindre défini en a) ci-dessus (voir figure 4).
Les intrados de tous les profils aérodymamiques transversaux de l'aile sont des spirales qui partent de l'axe d'oscillation 4 et font un angle constant h avec la tangente au point correspondant du cylindre (ca- ractéristique c) précitée). De l'angle h dépend la grandeur de la résul- tante R produite pendant l'abaissement de l'allée La valeur de l'angle h doit être choisie entre 8 et 10 .
Par l'écartement progressif du profil aérodynamique de base, de l'avant vers l'arrière, par rapport à l'axe lon- gitudinal de l'avion, on obtient un bord d'attaque en flèche, faisant un àngle de 30 avec ledit axe longitudinal de l'aviono Et puisque les profils transversaux sont situés plus bas vers l'arrière qu'à l'avant (figure 3), l'aile se présente sous une incidence positive par rapport à la direction de volo L'angle d'incidence correspondant est désigné par a . Sa grandeur dépend de l'angle h et s'élève à 5 environo
Cette incidence positive ce est nécessaire pour accroître la force sustentatrice de l'aile et pour créer au bord d'attaque en flèche une forte dépression qui fournit une force latérale Y1.
La force Yl est assez grande pour influencer la direction de la résultante R et faire passer la ligne d'action de cette résultante par l'axe d'oscillation 40 La figure 1 montre, à droite et en haut, le diagramme des forces qui entrent en jeu.
La résultante R a pour composantes les forces Z1 et Y1. L'expé- rience montre que la force Y1 atteint en moyenne plus de deux fois la va- leur de la résistance qu'offre l'aile battante dans sa direction de vol plané exécuté par rapport au fuselage (direction V, voir figure 6). L'avan- tage d'une valeur . si élevée de la force Y1 consiste en ce que la vitesse latérale V4 de l'aile peut être réduite à la moitié de la vitesse de vol V1 de l'avion. L'exploitation optimum de la force Y1 se fait donc avec une vi- tesse de battement moitié moindre des ailes, ce qui permet d'alléger la construction du système bielle-manivelle.
Il reste à expliquer la raison pour laquelle la force Y1 atteint une grandeur double de la résistance à l'avancement. La force Y1 s'exerce au voisinage du bord d'attaque de l'aile, c'est à dire dans une région de celle-ci où la force sustentatrice est beaucoup plus grande que la résis-
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tance à l'avancement de l'aile. On sait de plus que sans la présence de la résistance à l'avancement de l'aile, une sustentation très élevée au bord d'attaque ne peut être crééeo On en conclut que, pour la même raison, la résistance de l'aile donne naissance à des forces latérales Y1 très élevées.
La valeur maximum possible de la force Y1 dépend aussi de l'état de l'écoulement du fluideo Le moindre décollement au bord d'attaque diminue la grandeur de la dépression dans cette zone et, de ce fait, la grandeur de la sustentation et de la force Y1. Ces observations ouvrent une nouvelle voie pour éviter les pertes d'énergie. On peut envisager la récupération de l'énergie emmagasinée par les grandes forces Y1 qui s'explique comme suit
La figure 1 montre, en haut et à droite, le diagramme des forces mises en jeu et, au-dessous, le diagramme des vitesses de l'aile. Ces dia- grammes sont écartés l'un de l'autre dans le sens vertical aux fins de clarté, mais il doit être entendu que la vitesse latérale V4 se rapporte à la force latérale Y1 et la vitesse verticale Y2 à la force verticale Z1.
La vitesse circonférentielle de l'aile est V3. résultante de V4 et de V2.
On voit sur la figure 1 que la force Y1 tend à faire tourner l'aile dans le sens des aiguilles d'une montre et à imposer à la composan- te Z1 une vitesse descendante V2. Le travail qui en résulte est Z1.V2.
Ce travail est égal à Y .V4 lorsque la résultante R passe par l'axe d'oscillation 40 Le battement de l'aile ne nécessite donc qu'une très petite for- ce additionnelleo
On peut prouver l'existance du travail Y1.V4 par des chiffres, en partant de la présence indiscutable de la force Z1. Admettons que l'on veuille mouvoir vers le bas les deux ailes qui portent le poids de l'avion et du pilote, soit au total 170 kgo La force Z1 doit atteindre à cet effet, pendant l'abaissement des ailes, 150 kg environ pour chaque aile. Si la vitesse 7- est estimée à 0,25 m/sec seulement, le travail à dépenser par seconde pour abaisser les deux ailes sera 2 x 150 x 0,25 = 75 kgm.
Cet exemple fait comprendre que seul le travail 2.Y1.V4, lorsqu'il atteint 75 kgm, permet au pilote d'abaisser les deux ailes avec une dépense d'éner- gie insignifiante.
L'abaissement des ailes peut être considéré comme équivalent à un vol plané vers 1 avant sous l'incidence i (figure 6). D'après la figu- re 6, la résistance de chaque aile s'annule quand la résultante R est per- pendiculaire à la direction de vol V1. La figure 6 montre une faible in- clinaison de R vers l'avant, qui crée la petite propulsion X1 destinée à compenser la petite résistance qui naît pendant la levée des aileso L'examen de la figure 6 prouve que le travail ZloV2 est égal à la somme des tra- vaux X1.V1 + X.V. L'invention applique cette loi capitale. Lorsque la force Y1 naît sur l'aile sans perte, sous l'influence de la traînée X (traînée dans la direction de vol plané V de l'aile), le travail dépensé X.V est égal au travail récupéré Y1.V4.
On trouve donc que Z1.V2 est aussi égal à X1.V1 + YloV4 et, comme X1 est en moyenne égal à zéro, on voit que Z1.V2
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est égal à Y1.V4 et égal à X.V. Les forces s'exerçant sur l'aile qui bat dans les trois dimensions sont alors en équilibreo Pendant le battement, le système de forces fournit donc du travail,flotte librement dans l'air et annule la traînée des ailes.
La sustentation sans traînée, obtenue grâce au battement de l'aile sans dépense notable d'énergie - le rêve d'Otto Lilienthal -, n est pas établie uniquement par des raisonnements théoriques. L'inventeur a effec- tivement construit l'aile ci-dessus décrite ainsi que son mécanisme de com- mande, et vérifié ses conclusions grâce à elle par des essais dans le vent naturel. L'expérience montre bien que la résultante R passe par l'axe d'oscillation 4, ce qui prouve l'exixtence de la force Y1. Une telle aile de quatre mètres carrés de surface étant exposée à un vent de 12 m/sec, on peut la faire osciller facilement d'un seul doigt pendant qu'elle produit la sustentation escomptée.
La figure 2 montre en plan un troisième diagramme de forces et de vitesses. On y voit la vitesse relative du vent, désignée par V5. Par- tant du rapport V4 V1 = 1/2, on trouve pour V5 un angle d'attaque oblique d'environ 33 par rapport à la normale au bord d'attaquée Cette valeur est celle qui correspond à la position moyenne de l'aile dans sa course bat- tante. En fait, l'angle en question est variable pendant le battement ; il atteint 60 aux points morts du système bielle-manivelle pendant un temps de l'ordre de 1/100e de secondée
L'équilibrage des masses des ailes s'obtient comme avec tout sys- tème bielle-manivelle par des volants, que représentent les poids 10.
De préférence, on donne à toutes les pièces radiales qui effectuent des rota- tions, c'est à dire aux bras du vilebrequin et aux bras 9 que terminent les masses 10, la forme d'hélices propulsives. Toutes les pièces animées d'un mouvement latéral, comme les bielles 8 et les mâts 3, sont pourvues de carénages à profils symétriques dont l'axe de symétrie est parallèle à l'axe d'oscillation, Le mouvement latéral de ces pièces fournit une pro- pulsion semblable à celle que donne la queue du poissono Le travail pro- pulsif à fournir par toutes les pièces tournantes ou pivotantes s'élève à 20-25 kgm, ceci par secondeo Ce travail est utilisé pour vaincre la ré- sistance à l'avancement du fuselage et des éléments externes de structure qui lui sont associés.
Les mâts 3 en mouvement ayant leur utilité aérody- namique, on peut augmenter avantageusement leur nombre ce qui renforce la rigidité de chacune des cellules.
L'avion de 170 kg de poids total consomme en vol horizontal 35kgm par seconde, puissance fournie soit par un moteur, soit par le pilote.-Cela est possible car le travail moteur de 35 kgm est largement supplémenté par le travail moteur de la force Y-, estimé plus haut à 75 kgm au minimum.
Dans le cas du vol dans des vents ascendants, même faibles, le travail mo- teur nécessaire au vol horizontal devient inférieur à 35 kgm, ou bien en fournissant le même travail de 35 kgm, on peut gagner de la hauteur. De mê- me, on peut utiliser les variations de vitesse du vent. L'espoir que le vol humain mécanique deviendra possible avec l'aide des faibles forces presque constamment disponibles dans l'atmosphère n'est donc plus chiméri- que.
La sécurité mécanique de l'appareil est élevée, du fait que le vilebrequin 7 n'a pas à être calculé pour transmettre de la force motrice aux ailes 1, mais simplement aux mâts 3 et aux hélices. La sûreté du vol est également assurée. Lorsque les ailes s'arrêtent de battre, l'avion s'en- gage de lui-même en avant pour effectuer un vol plané. La résistance à l'a-
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vancement des mâts 3 et des hélices 9-10, immobile pendant un tel vol, pro- duit un effet de freinage analogue à celui que l'on recherche sur les avions classiques avec les freins aérodynamiques. En perte de vitesse, les ailes en flèche retardent les décollements au bord d'attaque.
La stabilité latérale est automatiquement assurée grâce à la po- sition très basse du centre de gravité de l'avion. L'action du gouvernail de direction remplace le gauchissement des ailes. Un empennage en V inver- sé, tel que décrit dans le brevet allemand n 5430858 du 15 septembre 1930, augmente la stabilité latérale automatique.
REVENDICATIONS.
1) Avion comprenant une paire d'ailes en flèche pivotant autour d'axes d'oscillation situés à une certaine distance de son axe longitudinal, lesdites ailes étant agencées de manière telle que les quatre caractéristi- ques suivantes soient présentes en combinaison a) la surface externe de chaque aile constitue l'enveloppe d'un profil aérodynamique de base touchant, par son bord de fuite, la surface d'un cylindre imaginaire à section circulaire dont l'axe est confondu avec l'axe d'oscillation de 1 aile, ce profil s'écartant progressivement, de l'avant de l'aile vers l'arrière, de l'axe longitudinal de l'avion, de sor- te que l'aile s'en trouve gauchie ;
dans la vue en plan de l'appareil , l'écartement progressif du profil aérodynamique de base mentionné sous est tel que le bord d'at- taque. de chaque aile forme un angle de 30 environ avec l'axe longitudinal de l'avion, donnant ainsi à la voilure une flèche très prononcée ; c) les intrados de tous les profils aérodynamiques transversaux d'une aile sont des spirales ayant pour pôle l'axe d'oscillation de l'aile, de sorte que la tangente en chaque point d'un intrados forme avec la tan- gente au point correspondant du cylindre mentionné sous a) un angle d'atta- que positif, le point correspondant du cylindre se trouvant à l'intersec- tion de la surface dudit cylindre avec le rayon passant par le point considé- ré dudit intrados ;
d) la résultante aérodynamique exercée sur chaque aile pendant la phase d'abaissement de celle-ci passe par l'axe d'oscillation de l'aile.