CA2306496A1 - Helicoptere a levier - Google Patents

Abstract

Les hélicoptères sont des appareils relativements complexes tant du point de vue technique par leur construction que pour leur opération qui nécessite de la part du pilote beaucoup de concentration et de coordination. La présente invention permet d'amoindrir tous ces aspects en limitant le nombre d'éléments constituant l'appareil et en simplifiant les con- trôles. Ainsi l'hélicoptère à levier tel que présenté ici est constitué de trois éléments principaux: soit une structure de base appelée la cellule supportant une unité monolithique permettant le vol nommée le groupe rotors, les deux étants reliés et contrôlés par un seul lien, désigné sous le nom de levier de contrôle. Le pilote utilise donc la force physique de ses bras pour transmettre les commandes, alors que l'ensemble des contrôles sont actionnés par l'usage des mains.

Description

w MEMOIRE DESCRIPTIF
La présente invention se rapporte à un aéronef à voilure tournante de la catégorie des hélicoptères et se veut une version simplifiée~de ce type d'appareil pour la classe dit des ultra-légers au départ, mais sans s'y limiter non plus.
Contrairement aux appareils à voilure fixe (avions munis d'ailes) les hélicoptères se caractérisent par leur voilure tournante constituée de rotors munis de pales.
La classe des appareils dits ultra-légers est définie selon leur poids qui comme l'indique son nom, sont plus légers que les appareils con-ventionnels mais utilisent pour la plus part la même technologie et les mêmes principes de vol.
Le vol est obtenu par la rotation des pales attachées à un rotor, ce qui forme un disque au-dessus de l'appareil générant la force néces-saire pour le soulever, ce qui correspond à la portance.
L'usage d'un seul rotor principal à l'inconvéniant de générer aussi un couple dans le sens de rotation des pales, et qui doit être contré
par un plus petit rotor placé perpendiculairement au rotor principal à l'extrémité de la queue de l'appareil, d'où son nom de rotor de queue.
Le rotor de queue permet donc la stabilisation de l'appareil de façon latérale et par l'entremise de contrôles par des pédales alctionnées par les pieds du pilote, ce dernier peut faire tourner l'appareil sur la gauche ou la droite, ou encore sur lui-même en vol stationnaire.
I1 doit aussi constamment contrer la force de couple générée par le rotor principale en utilisant ses deux pieds en plus d'avoir à action-ner les autres contrôles requis avec ses deux mains.

Le pilote contrôle la puissance des gaz, de-même que l'angle d'attaque des pales du rotor principal par un levier à l'aide d'une de ses mains puis l'autre main est employée sur une commande semblable à un manche qui contrôle l'inclinaison du disque formé par la rotation des pales du rotor principal, ce qui permet de diriger l'appareil.
Tous ces contrôles nécessitent des liens mécaniques complexes, ce qui occasionne une maintenance fréquente et coûteuse, en plus d'amener un surcroft de poids.
Cela est particulièrement le cas avec le rotor principal, alors que le disque formé par la rotation des pales est orienté à partir de la tête même du rotor supportant les pales.
Les commandes aboutissent donc sous la tête du rotor principal et ces différentes composantes subissent énormément de stress et de pression mécanique ce qui provoque du même coups une usure prématurée des pièces en question.
I1 est toutefois possible d'éliminer le rotor de queue avec l'usage d'un système de soufflerie particulié développé récemment et mieux connu sous le nom de (NOTAR).
I1 y'a aussi une autre possibilité, soit l'utilisation de deux rotors principaux tournants en sens inverse, ce qui a pour effet d'annuler le couple qu'un seul rotor occasionnerait, ce qui permet d'éliminer le rotor de queue.
L'installation de gouvernails verticaux à l'extrémité de la queue de l'appareil permet alors le même contrôle que le rotor de queue, mais sans ses inconvénients.
Ils sont aussi contrôlés par les pieds du pilote avec des pédales mais on élimine quand même plusieurs éléments et composantes mécaniques.

J'ai découvert que les nombreux inconvénients et contraintes rencontrés avec les hélicoptères conventionnels peuvent êtres simplifiés de façon significative, surtout dans le cas d'appareils de classe ultra-légers.
Mon invention requiert un nombre limité d'éléments ce qui en facilite l'opération et l'entretien par rapport aux appareils existants, en plus de réduire le poids de l'appareil ce qui est primordial en ce qui con-cerne les ultra-légers.
Cela est obtenu avec l'assemblage de trois éléments principaux. Une structure de base appelée la cellule permet de supporter une unité
monolithique qui y est liée en un point d'attache au haut de la cellule ce qui permet de la faire pivoter dans les deux axes grâce à un sys-tème de pivots.
L'unité monolithique permettant le vol est désignée sous le nom de groupe rotors. Elle est.constituée de deux rotors principaux tournants en sens inverse, ce qui permet d'éliminer le rotor de queue. Elle consti-tue donc le deuxième élément de l'appareil.
Le troisième élément est le levier de contrôle qui fait le lien entre les deux premiers et permet le contrôle de l'appareil par le pilote qui en utilisant la force physique de ses bras peut diriger l'appareil dans la direction voulue et faire du vol stationnaire avec le seul usage de ses mainss ce qui fait appel au principe de l'effet de levier.
Les contrôles des gaz et des gouvernails de queue se retrouvent eux aussi sur le levier de contrôle ce qui permet au pilote d'effectuer toutes les manoeuvres voulues avec le seul usage de ses deux mains ne nécessitant donc pas l'usage de ses pieds et des jambes.
Cela constitut en soi un avantage énorme pour les personnes privées de l'usage de leur membres inférieurs désirant voler sur ce type d'ap-pareil, alors qu'ils ne pourraient pas le faire autrement.
-S-LISTE DES DESSINS
La figure 1 représente une vue de côté de la cellule de l'appareil, la figure 2 représente une vue de face du groupe rotors de type A
la figure 3 représente une vue de côté du levier de contrôle en~pièces détachées en A et assemblé en B, la figure 4 représente une vue de côté de l'appareil qui est constitué
des trois éléments des figures précédentes, la figure 5 représente une vue de face de l'appareil, la figure 6 représente une vue en plan de l'appareil, la figure 7 représente une vue de côté de l'appareil avec habitacle fermé avec une représentation du pilote en position de contrôle, la figure 8 représente une vue de face du groupe rotors de type A
avec une barre de contrôle simplifiée, la figure 9 représente une vue de côté de l'appareil avec une barre de contrôle simplifiée et une représentation du pilote en position de contrôle, la figure 10 représente une vue de face du groupe rotors de type B .

Le premier élément consituant l'appareil est la cellule qui sert prin-cipalement à supporter le groupe rotors et assoir le pilote.
Elle est constituée à partir d'un cadre 1 semblable à un anneau ouvert en son centre et légèrement incliné vers le bas. Des tubulures 2 vien-nent s'y rattacher pour former une structure solide.
La cellule repose sur le sol par l'entremise de deux jambes 3 liants le cadre 1 aux patins 4. , On retrouve au haut de la cellule le pivot dans l'axe longitudinal 6 de même que le pivot dans l'axe transversal S devant supporter le groupe rotors.
Un point de jonction 7 oùviennent aboutir les tubulures 2 sert aussi à
y fixer la queue de l'appareil qui fait aussi partie de la cellule.
Une tige de support 8 est fixé au centre de la base à l'intérieur du cadre 1 et s'en éloigne en pointant légèrement vers le bas. Près de son extrémité, l'on retrouve deux petites tiges horizontales 10 de part et d'autre qui servent de reposoirs pour les pieds du pilote. Le siège du pilote 11 est fixé au centre du côté avant du cadre 1.
La queue de l'appareil est constituée du tube de queue 12 rattaché au point de jonction 7 par une extrémité alors que l'autre bout supporte les deux tiges-de:_contrôles 9 des gouvernails verticaux 13.
Le groupe rotors est l'ensemble monolithique qui permet le vol de l'appareil et constitut le deuxième élément principal .
I1 est constitué de deux montants 14 qui sont en fait des tubes creux abritants les arbres de transmissions 21, ont la forme d'un V allongé.
Un point de fixation 15 s'y trouve relié vers le haut par l'entremise d'un support 16.

A la base des montants 14 se trouve la boite d'engrenage 17 permettant d'obtenir une rotation dans un sens différent pour chacun des deux rotors d'où le nom de rotors engrenés qui est désigné de type A. Une boite de réduction et d'embrayage 18 se trouve juste dessous et est reliée au moteur 19.
Les deux têtes de rotors 20 se trouvent à l'extrémité des arbres de transmission 21. Les pales 22 sont rattachées en paires à chacune des têtes de rotor 20. , A la base du groupe rotors l'on retrouve les deux points d'attache 23 pour le levier de contrôle, de même que les points d'ancrage 24 de part et d'autre pour la fixation d'une barre de contrôle simplifiée (option-nelle).
Le troisième et dernier élément constituant l'appareil est le levier de contrôle. C'est lui qui fait le lien entre les deux premiers élé-ments précédents et permet le contrôle de l'appareil en vol.
I1 est constitué de trois parties, soit la barre de liaison 25 qui est attachée d'un côté au groupe rotors aux points d'attache 23 et de l'autre au manche 26 lui-même relié au collet 27 qui se coulisse sur la tige de support 8 pour permettre les mouvements latéraux.
Des pivots avec fixations permettent les mouvements entre les diffé-rentes pièces du levier.
La figure 4 montre l'appareil au complet étant constitué des trois élé-ments de base.
La position du manche 26# à 0° correspond au vol stationnaire alors que le disque formé par les pales des rotors est à l'horizontal donc aussi à 0°. Le groupe rotors est alors à la verticale en parfait équilibre.

Pour faire voler l'appareil en ligne droite vers l'avant, le pilote assis sur son siège 11 n'aurait qu'à tirer sur le manche 26 vers lui ayant pour effet de pousser le groupe rotors vers l'arrière par l'en-tremise de la barre de liaison 25 rattachée à ce dernier aux points d'attache 23. Les disques des rotors seraient alors inclinés vers l'a-vant avec un angle maximum de 13° avec l'aide du pivot 5 de l'axe transversal, propulsant alors l'appareil dans la même direction.
Si le pilote exécute le mouvement inverseet qu'il éloigne le manche 26 de lui par rapport à son siège 11 la barre de liaison 25 force par ce mouvement le groupe rotors à être tiré vers l'avant. Les disques des rotors sont alors inclinés vers l'arrière avec un angle maximum de 9°
ce qui fera voler l'appareil à reculons:
Pour faire voler l'appareil d'un côté ou l'autre, le pilote n'a qu'à
incliner le manche 26 vers le côté voulu. La figure 5 montre le manche 26# en position de vol stationnaire à 0° alors que le groupe rotors est à la verticale en parfait équilibre.
Si le pilote veut voler vers la gauche il inclinera le manche 26 vers la gauche jusqu'à un angle maximum de 8° ce qui fera basculer le groupe rotors vers le côté droit par sa base par l'entremise de la barre de contrôle 25 qui suit l'inclinaison du manche 26 grâce au collet 27 qui coulisse sur la tige de support 8-selon le même angle. Les disques des rotors seront alors inclinés vers la gauche selon un angle de 8° avec l'aide du pivot 6 longitudinal et entraineront l'appareil de ce côté
et inversement avec la manoeuvre inverse pour voler vers la droite.
Grâce aux deux axes de pivots 5 et 6 la combinaison de mouvements pos-sibles est très grande en plus de pouvoir mettre à contribution l'action des deux gouvernails verticaux 13 de la queue.
Le contrôle des gouvernails verticaux 13 s'obtien par l'action des deux tiges de contrôles 9 reliées à des tables se rendant au manche 26 en passant par le tube de queue 12 et à travers une tubulure 2.

Claims

REVENDICATIONS

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme suit.
L'hélicoptère à levier peut être muni d'un habitacle 28 de manière semi-fermé ou fermé par une bulle de plexiglas 29 de manière à offrir une plus grande protection au pilote sans compromettre la visibilité.
En lieu et place du levier de contrôle, une barre de contrôle simpli-fiée 30 pourrait être utilisée en étant fixée aux points d'ancrage 24 prévus à cette fin. Cette option a l'avantage de comporter moins de pièces tout en offrant les mêmes possibilités.
Un deuxième groupe rotors pourrait être utilisé, soit le type B qui est composé de deux rotors superposés tournants en sens inverse que l'on peut aussi appeler coaxiaux étant donné qu'il n'y a qu'un seul montant 14 abritant un seul arbre de transmission 21. La boîte d'en-grenage 17 se trouve située entre les deux rotors. Le groupe rotors de type B peut être utilisé avec les deux contrôles possibles ayants les deux points d'attache 23 et les deux points d'ancrage 24 voulus.
L'utilisation de matériaux composites, l'aluminium et tout autres alliages combinants légèreté et solidité pour la fabrication des éléments et des pièces est possible.
La forme et la structure de la cellule dans son ensemble tout comme le cadre 1 , les tubulures 2 et autres pourraient différer légèrement en pratique. Les jambes 3 et les patins 4 pourraient êtres remplacés par un train d'atterissage avec roues, flotteurs, ski à neige ou une combinaison de plusieurs tout en ayant la possibilité d'y rajouter un dispositif d'amortisseur dans tous les cas.

Les têtes de rotors 20 pour les deux types de groupe rotors possibles A et B, peuvent êtres à pales à pas fixes (ajustables au sol) ou encore à pas variable (ajustables en vol).

Les deux types A et B de groupe rotors pourraient êtres équipés de un ou de deux moteurs 19 ou encore d'une ou deux turbine à gaz.

Des dispositifs d'absobrtion des vibrations peuvent équiper le sup-port du groupe rotors ainsi que les points d'attache 23 et 24 pour les différents types de leviers.

Un dispositif de retenue ajustable pourra être installé entre la base du groupe rotors et la cellule pour limiter les angles d'inclinaison dans les deux axes pour toutes les directions.

Une version bi-place pour un passager avec ou sans double contrôles avec sièges côte à côte ou l'un devant l'autre.

Bien qu'au départ l'hélicoptère à levier puisse faire partie des appareils dits ultra-légers selon la règlementation en vigueure, il ne se limite pas qu'à cette classe.