Hélicoptère à une seule hélice sustentatrice. L'objet de la présente invention est un hélicoptère à une seule hélice sustentatriçe.
Le dessin annexé représente une forme d'exécution de l'objet de l'invention donnée à titre d'exemple.
Fig. 1 est une coupe schématique verticale de l'hélicoptère, sans ses dispositifs d'atteris- sage ou d'amérissage, une partie de l'hélice sustentatrice y figurant en vue, et les dispo sitifs de commande des ailes n'étant que partiellement représentés, l'échelle étant trop petite; Fig. 2 en@ est un plan, la nacelle ayant été enlevée, ainsi que l'extrémité des câbles de commande automatique de l'incidence; Fig 3 est une vue partielle en perspective et à plus grande échelle de l'hélice susten- tatrice ; Fig. 4 est une vue d'organes figurant sur la précédente; Fig. 5, 6 et 7 sont des schémas montrant trois positions des hélices directrices;
Fig. 8 est une vue perspective du montage de l'une de ces dernières, et Fig. 9 est un schéma explicatif de l'angle d'incidence.
Dans ces figures, 1 est une jante circu laire horizontale que des fils rayonnants 2 unissent à un pylône vertical 3; ce dernier peut tourner autour d'un axe métallique 11 fixé rigidement à une poutre métallique ho rizontale légère 12, et qui supporte à son extrémité supérieure une nacelle pour le pi lote et tous les organes de commande. La jante I et les fils 2 sont enrobés d'un entoilage 4; sur la jante sont montées quatre pales radiales 5 et quatre ailes auxiliaires -planes 22 dont la construction détaillée sera décrite plus loin.
L'ensemble formé par le pylône et la jante avec les organes qu'elle porte sera dé signé dans la suite par "hélice sustenta trice". Cette hélice est actionnée par deux moteurs (représentés schématiquement) au moyen d'une roue dentée conique 41 fixée à la base du pylône; ces moteurs sont montés eux-mêmes dans la poutre horizontale 12, et cela symétriquement par rapport à l'axe 11. La réaction exercée parla roue conique 41 de l'hélice sur les pignons qui l'actionnent crée un couple (égal, naturellement au couple résistant du pylône) qui tend à faire tourner toute la poutre horizontale 12 dans le sens inverse du mouvement de rotation de l'hélice sustentatrice.
Pour permettre d'annuler com plètement ou partiellement cet effet rotatif sur la poutre, et même d'en obtenir un de sens contraire, en vue de changements de direction, on a monté aux extrémités de la dite poutre deux hélices directrices 13, dont les plans de rotation sont verticaux; ces hé lices sont actionnées par une roue conique fixée sur un arbre creux prolongeant le py lône vers le bas, et par des transmissions 14 comportant des arbres accouplés par des chaînes. Elles sont identiques quant au dia mètre et au pas, mais elles tournent en sens contraires, et ne peuvent par conséquent avoir qu'une action directrice sur la poutre, action qui dépend de l'inclinaison de leurs pales et qui sera expliquée plus loin.
La construction détaillée des organes principaux de l'hélicoptère est la suivante Les bords de chacune des pales 5 (fig. 3) sont constitués par deux membrures 6 et 7 (profilées si cela est nécessaire) disposées de façon à être sensiblement parallèles et équi distantes d'un plan passant par l'axe géomé trique vertical de l'hélicoptère. Ces mem brures sont recouvertes d'une housse 8; en marche, la force centrifuge tend à les écarter, et elles s'appuient fortement contre la housse qui prend par suite une surface unie.
Entre les membrures extrêmes 6 et 7 sont en outre intercalées deux autres mem brures 9 sensiblement parallèles, formant appuis intermédiaires de la housse et dont les points d'attache sont guidés sur une pa roi cambrée 10 légèrement flexible s'appuyant aux membrures 6 et 7; ces membrures 9 sont destinées à donner aux pales, lorsqu'elles tournent à grande vitesse, la forme et le profil voulus.
L'inclinaison des pales 5 peut être mo difiée au gré du pilote. A cet effet chacune d'elles est articulée par rapport à la jante de la façon suivante: L'extrémité de la membrure 6 est fixée dans la petite branche d'un raccord 34; la grande branche de ce dernier entoure la jante 1 autour de laquelle elle peut tourner d'un certain angle, saris cependant pouvoir glisser selon son axe. L'extrémité de la membrure 7 est fixée à un chariot 17 qui peut coulis ser lui-même entre les deux patins 16 d'une glissière 37 (fig. 3 et 4), et cela de bas en haut sur la figure, sous l'effet de la traction du brin 23' d'un même câble 23, ou au contraire de haut en bas sous l'effet de celle du brin 23 de ce même câble.
Le trajet de ce dernier sera d'ailleurs décrit plus loin. La glissière 37 est fixée à deux douilles 35 qui, comme le raccord 34, peuvent tourner d'un certain angle autour de la jante 1, mais ne peuvent se déplacer le long de cette dernière.
39 est un double bras fixé rigidement à la jante 1 et aux extrémités duquel sont montés deux galets de renvoi, 28 et 29, servant à guider deux câbles dont il sera question plus loin.
Dans les fig. 2 et 3, on voit que chacune des quatre ailes auxiliaires 22 porte une poulie 221, sur laquelle passe un câble 23, et un bras 25 à l'extrémité duquel est fixée une masse additionnelle 24. Ces ailes 22 peuvent tourner d'un certain angle autour de la jante 1, mais ne peuvent se déplacer le long de cette dernière; dans leurs mouvements an gulaires, elles entraînent dans un sens ou dans l'autre, les câbles 23 qui tirent eux- mêmes, comme il a été dit plus haut, les chariots 17 auxquels ils viennent s'attacher après avoir passé sur des poulies de ren voi 40.
La masse 24 sert à amener, par un ré glage préalable, le centre de gravité de l'en semble des pièces 22, 24 et 25 sur l'axe de la jante 1 où prés de cet axe, dans une po sition que l'on détermine exactement par expérience.
Dans les fig. 1 et 3, 33 est un plateau monté à la cardan sur l'axe 11, donc l'in- clinaison par rapport à l'axe peut être réglée par le pilote, au moyen d'organes non repré sentés, et sur les bords duquel roulent des galets 32 montés eux-mêmes dans des chapes doubles 31 auxquelles sont fixées les extré mités de câbles 18 et 19; il y a autant de chapes que de pales 5. Les câbles 18 et 19 passent sur des poulies de renvoi 20, 21, 26 et 27, et sont dirigés ensuite, par d'au tres poulies et des organes non figurés sur le dessin, vers un levier de manouvre situé dans la nacelle 30 du pilote. Pour simplifier, ces divers organes ne seront pas décrits d'une façon détaillée; la construction en est facile à imaginer et sort d'ailleurs du cadre de l'invention.
A la chape des poulies 26 et 27 sont attachées les extrémités de deux câbles 38 qui, passant sur les galets de renvoi 28 et 29, vont s'attacher par leur autre extrémité, le premier à la partie supérieure de la glis sière 37, le second à sa partie inférieure.
Au sujet des hélices directrices 13, il y lieu de remarquer ce qui suit: Comme on le verra plus loin, le plan de rotation de ces hélices doit subir des dépla cements angulaires assez rapides par rap port à la poutre 12, ce qui détermine la formation de couples pouvant compromettre leur résistance; aussi a-t-on établi ces hélices (fig. 8) de façon que leurs pales puissent se déplacer d'un certain angle par rapport à leur plan de rotation, plan dans lequel un dispositif à ressort tend à les ramener, selon une combinaison d'organes bien connue en aéronautique. Dans ce but le moyeu 131 des hélices 13 (fig. 8) est creux et ces dernières tournent d'un certain angle autour de deux tourillons 15 perpendiculaires à leur axe de. rotation, lorsque la résistance qu'elles ren contrent pendant le déplacement de leur plan de rotation est trop considérable.
En outre l'arbre de chacune de ces mêmes hélices 13 comporte des dispositifs qui per mettent de le déplacer angulairement autour d'une rotule située prés du moyeu de l'hé lice et cela au moyen d'une commande par câble aboutissant à la nacelle 30 du pilote. Ces dispositifs, dont le détail constructif sort du cadre de l'invention, ne seront pas décrits plus complètement.
Les fig. 1, 5, 6 et 7 ne représentent d'ail leurs ces hélices que schématiquement, leur moyeu, par exemple; devant être assez long pour que, dans leur rotation, elles ne ren contrent pas la poutre 12, quel que soit leur plan de rotation.
Dans la suite, on désignera par "incidence positive" des pales 5 ou des ailes 22 l'angle dièdré a (fig. 9) que peuvent former lesdites pales ou ailes (surface A) se déplaçant dans la di rection de la flèche, avec un plan P parallèle à la direction du mouvement de rotation. Inversement, l'expression "d'incidence néga tive" désignera l'angle a' d'un plan porteur Al, figuré en traits mixtes, avec la même direction.
Dans fig. 3, le sens du mouvement im primé à l'hélice sustentatrice est celui de la flèche 42.
Dans l'hélice sustentatrice, l'incidence des pales 5 est réglée automatiquement par les ailes auxiliaires 22 de la façon suivante: Quand l'hélice sustentatrice tourne, la force centrifuge tend à placer les ailes auxiliaires 22 dans un plan normal à l axe de l'hélice. Si ces ailes possèdent une inci dence positive, elles subissent, outre la fonce centrifuge, la poussée de l'air, poussée agis sant sous chaque aile et tendant à relever celle-ci; sous l'effet de cette force, l'aile 22 tourne d'un certain angle autour de la jante 1 jusqu'à ce qu'une position d'équilibre s'éta blisse.
Si, en outre, l'hélicoptère, pour une cause quelconque, tend à descendre, la réac tion de l'air dirigée verticalement de bas en haut vient se composer, avec la force précé dente et provoque une rupture d'équilibre; l'aile 22 se relève d'un certain angle, entra±- nant dans ce mouvement le brin 231 du eâble 23 et provoquant un déplacement de bas en haut du chariot 17 et de la mem brure 7 qui lui est fixé;
cette dernière se déplaçant parallèlement à elle-même, et la membrure 6 restant fixe, l'effet sur la- pale 5 est une diminution de son incidence positive, Lorsque, les moteurs étant arrêtés, l'hé licoptère descend, les ailes 22 subissent l'effort vertical dirigé de bas en haut maximum, et amènent les membrures 7 dans une position telle que l'incidence des pales 5 soit légèrement négative; il en résulte que la réaction de l'air, réaction que l'on peut décomposer en deux forces, l'une selon la surface de la pale et transversalement à celle-ci, l'autre horizontale dans la direction du mouvement de la pale, entretient le mou vement de rotation de l'hélice et que l'on arrive promptement à un régime de descente régulière.
Les ailes 22 corrigent aussi automatique ment les causes d'inégalités qu'apporte la translation de l'hélicoptère dans la sustenta tion donnée par les pâles 5. Ces causes sont de deux ordres. En premier lieu, quand l'hé licoptère avance horizontalement, il se pro duit, si l'angle s'attaque des pales 5 demeure constant pendant toute une révolution, des différences de poussées considérables entre la gauche et la droite de l'appareil, dans la direction de la translation. Si les ailes 22 possèdent un angle d'attaque initial, elles sont soumises, durant la rotation, aux mêmes inégalités de poussées que les pales 5. Quand la poussée augmente, leur inclinaison aug mente automatiquement et l'incidence des pales 5 diminue, ce quia pour effet de ré duire la poussée et de compenser l'inégalité signalée.
En outre, les pales articulées 5, comme les ailes 22, prennent en vol, une position d'équilibre telle que le moment tournant de la force centrifuge équilibre celui de la pous sée de l'air. Cette position d'équilibre étant inclinée, il s'ensuit qu'une pale 5 rencontre, pendant la translation et dans sa demi-rota tion avant, une poussée plus grande que la poussée moyenne. Au contraire, dans sa demi-course arrière, il y a diminution de poussée. Comme les ailes 22 sont soumises aux mêmes poussées, elles agissent comme indiqué dans ce qui précède, en diminuant l'incidence des pales 5 lorsqu'elles décrivent leur demi-rotation avant et en l'augmentant, au contraire, dans la demi-course arrière, de façon à maintenir constante la poissée sur les pales de l'hélice sustentatrice.
Par ces dispositions, les pales sustenta- triees 5 prennent automatiquement l'incidence convenant à la descente de l'hélicoptère ou reçoivent des poussées constantes pendant la translation quelle que soit la position qu'elles occupent dans leur mouvement de giration relativement au corps de l'appareil.
Le pilote peut régler à volonté l'inclinai son des pales 5 par rapport au plan horizontal (c'est-à-dire l'angle r sur la fig. 1), en agis sant sur les câbles 18 et 19; cette manouvre a pour effet de faire tourner les glissières 37 d'un certain angle autour de la jante 1, comme le montre le tracé ponctué dans la fig. 4.
Si, par exemple, le pilote exerce une traction sur les câbles 18, l'extrémité de la membrure 7 se relève, entraînant dans son mouvement angulaire toute la membrure 6; l'angle (3 augmente, sans cependant que cette manoeuvre gêne en rien le fonctionne ment du chariot 1.7 par le jeu de l'aile 22.
Ce même résultat peut être obtenu en agissant sur le plateau 33 de façon à ce que la chape 31 soit déplacée vers le bas; il va sans dire qu'à l'extrémité diamétralement opposée dudit plateau la chape 31 se trouve au contraire relevée, et que les deux autres chapes à 90 ne subissent aucun déplacement.
Le fonctionnement de l'hélicoptère est le suivant: Ascension. Lorsque l'hélice sustentatrice tourne, l'effet rotatif qu'elle exerce par réaction sur la poutre horizontale 12 doit être équilibré, comme il a été dit plus haut, par l'action directrice des hélices 13. En faisant varier cette action, on peut d'ailleurs à volonté maintenir fixe la direction de la poutre 12 et par conséquent de la nacelle 30, ou au contraire la dévier dans un sens ou dans l'autre d'un angle aussi grand qu'on le dé sire, et à la vitesse que l'on veut.
Par exemple, on peut maintenir la di rection invariable en disposant le plan de rotation des hélices directrices 13 dans le plan longitudinal de symétrie de la poutre 12 (fig. 5); on peut encore produire le dé placement angulaire de la poutre 12 en fai sant tourner les plans de rotation desdites hélices autour d'un axe vertical et dans le même sens (fig.6).
Enfin, si, au lieu de dévier dans le même sens les plans de rotation des deux hélices 13, on les déplace en sens contraires (fig. 7), on peut obtenir une disposition qui équilibre toujours la réaction de l'hélice sustentatrice mais qui favorise le mouvement en avant, comme le montrent les parallélogrammes des forces tracés sur la fig. 7. Propulsion. En vol stationnaire, comme on l'a déjà vu, les ailes 22 donnent aux pales 5 une incidence positive telle qu'il y ait compensa tion entre le moment dû à l'action de la force centrifuge et celui dû à la réaction de l'air sur lesdites ailes 22.
Pour provoquer un mouvement de trans lation, on pourrait faire varier, pendant chaque révolution de l'hélice sustentatrice, l'incidence des quatre pales 5, incidence qui augmente et diminue alternativement et donne naissance à des réactions. de l'air qui déterminent la propulsion de l'hélicoptère. Par exemple pour assurer la marche en avant, on provoquerait une augmentation de l'incidence entre la position la plus avancée d'une pale et sa position.à 90 dans le sens de rotation, position où l'incidence serait maximale, puis on la ferait diminuer jusqu'à la position à 270 de la position initiale ensuite augmenter jusqu'à cette dernière où elle reprendrait sa valeur primitive.
Cette manouvre soumettant les organes de l'hélicoptère à des efforts considérables et changeant rapidement de sens, on préfère procéder comme suit: on incline le plateau 33 dans le sens de la propulsion que. l'on désire réaliser, ce qui a pour effet de provo quer à chaque tour des variations d'inclinai- son des pales 5 ; ces dernières agissent alors comme si elles tournaient autour d'un axe fictif incliné sur celui du pylône 11. Dans ce mouvement chacune des ailes 22 continue à agir automatiquement sur l'incidence des pales 5 de façon à leur faire prendre l'angle d'attaque convenable.
La marche arrière s'obtient en inclinant le plateau 13 en sens contraire de la posi tion précédente, ce qui a pour effet d'amener le plan de rotation des pales -5 dans une position symétrique de la première; il y a lieu de faire tourner en même temps de <B>1800</B> le plan des hélices directrices 13. Descente, des moteurs étant. arrêtés. Atterrissage. Quand les moteurs sont arrêtés, l'hélice sustentatrice continue à tourner en vertu de la vitesse acquise et la vitesse de rotation décroît progressivement. L'appareil commence à descendre. Pendant ce mouvement, les ailes 22 orientent automatiquement les pales 5 de l'hélice sustentatrice, dont l'incidence devient négative; un mouvement de régime s'établit lorsque le couple dû à la compo-.
santé horizontale de la réaction de l'air sur les pales est égal au couple de- la résistance passive de la, voilure et que la composante verticale de cette même réaction- est égale au poids de l'appareil.
Comme la poutre 12 n'a plus à résister à l'effet tournant dû à la réaction de l'hélice sustentatrice et qu'au contraire cette dernière à son mouvement entretenu par la-résistance de l'air agissant sur les pales 5 convenable-- ment inclinées; il convient, en descente, -de- faire tourner simultanément le plan des hé lices directrices 13, de manière à renverser- la direction du couple' qu'elle développent.
<I>- Stabilisation. -</I> L'équilibre de -l'hélicoptère est facilité en ce sens que ce dernier, -constituant un gy roscope d'une très grande inertie, est doué d'une très grande stabilité naturelle.
Si " en effet, - l'hélicoptère tend à prendre sous l'action :d'une cause perturbatrice un. mouvement de roulis, celui-ci sera trans- formé, par suite des propriétés gyroscopiques de l'ensemble, en un mouvement de préces sion plus lent qui constituera un mouvement de tangage. Pour y obvier le pilote devra manouvrer convenablement la came 33, de façon à modifier l'inclinaison des pales 5 de l'hélice sustentatrice durant leur rotation. De ce fait, si la came 33 augmente par exemple, cette inclinaison, quand les pales 5 décrivent la demi-rotation avant, alors qu'elle la diminue par la demi-rotation arrière, on crée un moment qui tendra à faire tanguer l'appareil.
Il faut remarquer d'ailleurs que, si on veut faire tanguer l'hélicoptère, il faut exercer sur lui un couple tendant à lui faire prendre un mouvement de roulis, lequel est transformé par la réaction gyroscopique en un mouvement effectif de précession dans le sens du tangage. Les systèmes de transmis sion reliant le mécanisme de commande situé dans la nacelle sur lequel agit le pilote, à la came 33 doivent par conséquent être éta blis en tenant compte de ces faits.
La man#uvre faisant varier l'inclinaison de la came 33 modifie l'inclinaison des ailes dans une partie de leur parcours déterminée par le sens et la valeur du déplacement de ladite came.
La manouvre par le levier de manouvre, agissant simultanément en traction sur les mêmes brins des câbles modifie l'inclinaison de toutes les pales 5, cette variation étant uniforme.
La manouvre réalisant simultanément la variation d'inclinaison du plateau 33 et le déplacement des brins des câbles de com mande a pour effet de modifier l'axe fictif de rotation des ailes 5.
Les mêmes mouvements pourraient être obtenus en inclinant effectivement l'axe de rotation des pales 5 relativement à l'axe vertical et en utilisant un plateau articulé 33, susceptible d'être excentré à volonté.
La charpente de la poutre horizontale peut former flotteur en vue de l'atterrissage sur l'eau. Les membrures 9 et 10 des pales peuvent être supprimées. Le système moteur qui doit déterminer la rotation de la charpente de l'hélice sus- tentatrice peut être disposé à l'intérieur de cette dernière; il tourne donc avec l'hélice sustentatrice en prenant appui sur la partie non rotative de l'hélicoptère.
Enfin on peut obtenir la propulsion de celui-ci en inclinant effectivement l'axe de l'hélice relativement à la poutre horizontale au lieu de l'incliner seulement d'une manière fictive.