Micro-hélicoptère coaxial individuel pouvant se
ranger dans une voiture
1 Description
L’invention se rapporte à un micro-hélicoptère coaxial portatif individuel pouvant être transporté par un véhicule individuel ou de tourisme (une voiture etc …). Son usage pourrait être la reconnaissance aérienne, ludique, militaire … L’invention est composée :
a) d'un ou deux moteurs, (avec
son carburateur et son pot d’échappement),
Note :
Prévoir deux moteurs renforce la sécurité (en cas de panne d'un des 2 moteurs),
b) d'une boîte de vitesse (ou boîte
de transmission principale ou B.T.P.) avec double engrenage satellitaire
coaxial et avec éventuellement embrayage et réducteur,
c) d'une tête de rotor coaxial,
permettant l'auto-rotation,
d) de 4 pales de rotor, enfichables dans
ce dernier, pouvant être démontées / ôtés de leur logement dans la tête du
rotor, chacune des pales étant fixée dans son logement dans le rotor, par une
goupille,
e) d'un siège, par exemple de
type baquet, ou d’une sellette,
e2)
de deux bras de fauteuil servant de tableau de bord, chacun des
bras étant muni d'un manche, manette ou poignée de type joystick, et de
différents voyants et commandes,
e3) sur un des bras, ne manette servant pour le collectif /
la puissance / les gaz,
e4) sur l'autre, une manette servant pour le cyclique
et l'anti-couple (pour les changements de directions),
e5) d'un système de rotule glissante
à 4 positions, placée sous chacun des joystick et relié,
f) à 2 barres poussant,
g) 2 cames ou « renvoi
d’angle » qui renvoient la force sur
h) 2 barres, tringles ou biellettes
verticales ou des câbles qui agissent
i) sur les 4 actionneurs de la
tête du rotor coaxial
j) et sur chaque accélérateur des
2 moteurs,
k) d'une système de contrôle automatique de stabilisation électronique du lacet et du couple (yaw system agissant agissant comme anti-couple), par exemple à base d'un micro-gyroscope électronique ou centrale inertielle embarquée du commerce (par exemple, Centrale inertielle 3DMGX1 (74,6 gr) de chez MicroStrain …).
l) d'un trépied ou patin
repliable, permettant de reposer l'hélicoptère sur le sol,
m) d’un réservoir, situé entre
les patins et le trépied,
n) d’un airbag anti-chute /
anti-choc en cas de descente en auto-rotation (en cas d'une panne obligeant à
l'auto-rotation, le patin étant le second système
d'encaissement de choc) (facultatif).
Chacune des pales se démonte (de la tête
du rotor) et se range dans une housse qu'on peut placer ensuite, par exemple,
sur la galerie d'une voiture. La partie bloc moteurs, siège, embrayage,
réducteur, tête de rotor, se rangeant dans une autre housse, qu'on peut placer
ensuite, par exemple, dans le coffre
d'une voiture.
Ce choix de placer les commandes de pilotage sur les bras du siège du pilote a pour but de lui faciliter le pilotage de ce micro-hélicoptère _ lui donne une convivialité et une ergonomie des commandes proche de celles du Jetpack.
Notes
pour la sécurité :
.
Pour éviter les vibrations, on prévoira des amortisseurs de vibration, au
niveau des axes de battement, de traînée, d’incidence, en « élastoplaste » ou fibre de verre (par exemple solution
StarFlex de l’Aérospaciale).
.
Toutes les parties en mouvement devront être faciles à vérifier, à visiter,
inspecter lors d’une visite pré-vol. (pour cela on évitera, si possible, les
systèmes de graissage, vérins … et tous ce qui est caché).
.
Le tableau de bord devra être facile à lire, comportant le minimum nécessaire,
au niveau commandes et instrumentation, et ne devra pas gêner le pilote (pour
s’asseoir dans son siège (sellette), le quitter rapidement etc. …).
. L’hélicoptère devra être facile d’entretien
et ne nécessitant que peu d’entretien grâce à :
a)
des pièces très bien calculées, voire surdimensionnées, pour éviter leur usure
et leurs remplacements trop fréquents.
b)
des pièces faciles à démonter et remonter et un entretien qu’on pourrait faire
soit-même
c)
un graissage facile du moteurs et des pièces en mouvement (nécessitant un
graissage).
d)
le choix d’un moteur classique thermique à piston, plutôt que la turbine à gaz,
les turbojets miniaturisés … [1]
. Le pièces telles que tringleries, guignols, bras de commandes, renvois d’angles, tout l’accastillage possible seront en carbone, dural, acier ou titane …
. En vol ou au sol, 4 dispositifs de sécurité seront prévus : a) présence de 2 moteurs, b) possibilité d’auto-rotation (en cas de panne), c) présence d’un air-bag, d) couleur voyantes (par ex. orange fluo) en bout des pales pour les rendre visible quand elles sont en rotation (pour éviter que le pilote ou les spectateurs puissent se faire décapiter). Eventuellement le fait que les patins soient déformables, pouvant encaisser un fort choc pourrait constituer un dispositif de sécurité additionnel.
Déplacement, inclinaisons : Pour le déplacement horizontal, en vol, de
l’ensemble engin - pilote, celui-ci dépendra soit de la légère inclinaison du
collecteur de la tête de rotor, soit de l’inclinaison différentielle du pas de
pales (grâce aux biellettes de commande de pas). Pour ce qui est de la rotation de l’ensemble par
rapport à l’axe vertical, on peut a) soit
imaginer un aileron vertical (dérive) dans le dos du pilote, qui par son
« incurvation » (sa courbure), soit à gauche, soit à droite, permet
de défléchir le flux d’air vertical, allant du haut vers le bas, provenant des
rotors, soit vers la gauche, soit vers la droite (voir schéma ci-dessous).
Décollage :
Le pilote décollerait assis dans son siège, ceinture de sécurité attachée.
Eventuellement, un assistant pré-lancerait à la main la rotation des pales.
Description des illustrations (ci-après)
Fig. 1 : Schéma du
micro-hélicoptère : Explications :
1) voiture tournante contra-rotative,
composée de 4 pales d’hélicoptère (par exemple en fibres de carbone, en dural ou en composite
…), chaque pale étant munie d’une rotule
de battement.
2) tête de rotor contrarotative
(coaxiale), avec son frein (facultatif),
3) charnière pour la dérive
(facultatif),
4) dérive ou volet vertical
directionnel (facultatif),
5) 2 manettes, par exemple de type
joystick, sur le tableau de bord :
5a) l’une pour l’inclinaison vers l’avant des pales du rotor (rôle éventuel de cyclique) et pour la rotation par rapport à l’axe vertical de l’hélicoptère (par rapport à l’axe de lacet, rotation bâbord (G) et tribord (D). Elle peut avoir aussi une action sur une éventuelle dérive) et rôle anti-couple éventuel,
5b) l’autre pour les gaz (rôle éventuel
de collectif),
6) le(s) moteur(s),
7) charnière pour l’éventuel
volet complémentaire de la dérive (8) (facultatif),
8) volet complémentaire de la dérive orientant le flux d’air vertical provenant du rotor, orientation, selon son inclinaison (G ou D), l’air à gauche ou à droite (ce qui permet de tourner dans le plan vertical et de contrer tout effet de couple ou « d’auto rotation » _ dans le sens giration sans fin sur son axe vertical comme une toupie) (facultatif) _ voir son rôle dans la figure .
9) câbles, tringles ou biellettes
(par exemple, en nylon, carbone, aluminium, titane …), pour l’éventuelle
commande de la dérive ou aileron.
10) trépied support de
l’hélicoptère quand il est dressé verticalement.
11) sac à dos souple (en toile de
parapente), placé dans le dos de la sellette, pour transporter des affaires
(facultatif).
12) Pot d’échappement non corrodable,
par exemple en Inconel (si possible miniaturisé & ultra-léger).
(pot non visible sur ce schéma).
Fig. 2 : 1) Boîte de transmission principale (B.T.P.),
2) pignons coniques à 45° renvoyant la puissance des moteurs vers la B.T.P.
(Ps1)(Ps2)(Ps3)(Ps4), 3) Couvercle de protection amovible (Pr) pour couvrir les
pignons précédents, 4) moteurs avec son carburateur et son pot d’échappement
(m1)(m2), 5) deux bras de fauteuil servant de tableau de bord (Po1)(Po2), 5)
Tiges ou câbles de renvoie de commandes de pas (Tg1)(Tg2)(Tg3)(Tg4), 5b) Tiges
ou câbles de renvoie de commandes de gaz (non visible sur le schéma), 6) Tubes
coaxiaux concentriques tournant en sens inverse renvoyant la puissance des
moteurs vers les pales (Rcoax1) (Rcoax2), 7) Réservoir (Rv),
8) Airbag (Ai), 9) Trépieds ou patins repliable sur les flancs de l’hélicoptère
(Pt1)(Pt2), 10) le pilote (H).
Note :
Ce schéma n’ayant qu’un but didactique et explicatif, ne donne pas des
dimensions exactes de l’appareil (dans ce dessin simplifié, les proportions ne
sont pas respectée).
Fig. 3 : Quatre biellettes de
commande de pas, démontables, dont la partie terminale (Ti1)(Ti2)(Ti3)(Ti4)
s’enfiche et se fixe sur chaque pale à l’aide d’une goupille (elle même
rattachée solidement à la pale, avec un fil de carbone).
Fig. 4 : Système de commande et
contrôle du lacet et de l’assiette de l’appareil, composé de 1) 4 tiges ou
biellettes de commandes de pas (Ti1)(Ti2)(Ti3)(Ti4), 2) de 4 servo-moteurs (ou biellettes de renvoie d’angle), 2) de
deux disques satellitaires tournant en sens inverse, à la même vitesse
angulaire que la voilure.
Fig. 5 : Schéma 1) de biellettes
classiques de commande de pas, 2) de rotules de battement.
Fig. 6 : système de renvoie d’angle des mouvements
des commandes du pilote, à l’aide de tiges (Tg2)(Tg3), et d’une roture (Ro3).
Fig. 7 & 7b : exemples de cames
de renvoi d’angle (en relation avec le schéma de la figure 8, par ex.).
Fig. 8 : Schéma des
articulations entre la poignées / manette de commande (Js1) d’assiette du rotor
(pour le déplacement vers l’avant de l’hélicoptère) et de lacet
(rotation par rapport à un axe verticale), les tiges / biellettes de commandes
(Tg1)(Tg2), une rotule sphérique située sous la manette (Bo) et les cames de
renvoie d’angle (Rot1)(Rot2).
Fig. 9 : pignons coniques à 45°
(P5)(P6) permettant de renvoyer la puissance
des moteurs (m1)(m2) vers la B.T.P.
Siège et « Tableau de bord » :
Fig. 10 : 1) le dossier du siège (D), 2) la ceinture de sécurité (SS1)(SS2), 3) la poignée gauche du siège (Po2) avec 4) le coupe-circuit de chaque moteur (Th)(St), 5) la manette des gaz (ou de la puissance moteur) (Js2) avec 1 ou 2 axe(s) de liberté & éventuellement sa boule de joystick (Bo), 6) la poignée droite du siège (Po1) avec 7) un un bouton de mise en marche l’anti-couple automatique, 8) le ou les tachymètre(s), 9) la manette de commande et de contrôle du lacet et de l’assiette de l’appareil, avec 2 axes de liberté (a) mouvement de l’engin vers l’avant, b) mouvement de lacet babord-tribord) & éventuellement sa boule de joystick (Bo).
Note : Par
exemple, on pourrait trouver les instruments suivant, sur le tableau de bord
(situé sur chaque bras du siège) : a) jauge essence (avec alarme
sonore et visuelle), b) le coupe-circuit de chaque moteur, c) un
indicateur de la température moteur, d) alarme de niveau d’huile
(si moteur à 4 temps), e) un compte-tour moteur (tachymètre), f) un
bouton de mise en marche l’anti-couple automatique, g) un niveau à bulle
pour vérifier la verticalité de l’ensemble avant le décollage, h) un bouton
pour la balise lumineuse anti-collision … et éventuellement des instruments de
vol : i) altimètre, j) compas …
Fig. 11 : Système d’engrenages coaxiaux de la B.T.P. (boîte de transmission principal) pour entraîner les pales du rotor coaxial : 1) deux engrenages disques satellitaires tournant en sens inverses (d1)(d2), 2) engrenages-roulettes épicycles (r2)(r3)(r4), 3) moteur (probablement électrique) de correction automatique d’anti-couple (m3), 4) deux tubes coaxiaux (Rcoa1)(Rcoa2) transmettant la force des moteurs à la tête de rotor et aux pales et tournant en sens inverse, 5) pignons / engrenages (P1)(P2)(P3)(P4) (la puissance de (P2) et (P4) provenant des moteurs (m1) et (m2)), 6) embrayage ou/et réducteurs éventuels (e)(R), 7) éventuellement pompe de lubrification (P).
Note :
En fait ce schéma est très simplifié car le système d’engrenages-roulettes
épicycles serait dé-doublé pour que la rotation du tube coaxial associé aille
dans le bon sens.
Fig. 12 : Schéma de la fixation
des pales sur la tête de rotor : 1) pales (Pa1)(Pa2)(Pa3)(Pa4)
s’enfichant et se clipsant dans un trou cylindrique,
prévu à cet effet et aménagé dans 2) les têtes de rotor (Tr1)(Tr2), (les pales se clipsant
par une rotation d’un demi-tour ou d’un quart de tour, dans ces cavités ou
trous), 3) goupilles permettant de renforcer et sécuriser la fixation des pales
dans les trous (goupilles elles-même reliées solidement par un fil en carbone à
chacune des têtes de rotors. Il y a 4 goupilles, chacune étant liée à une pale
donnée).
Figure 13 : Dérive (facultative) : Explications :
le rôle de ce volet additionnel (facultatif) serait de permettre de diriger en
lacet l’appareil. Ce volet agit sur le flux d’air venant de la voilure
tournante : 1) latitude de déplacement et d’orientation de ce volet
additionnel, 2) orientation du flux d’air venant du rotor, selon l’orientation
du volet additionnel.
Note : si possible éviter cette adjonction (cet ajout) à l’hélicoptère
(qui deviendrait alors encore plus sensible au vent latéral et à la dérive).
Préférer un contrôle électronique (comme celui dont nous avons parlé plus
haut).
Support, rangement et transport de
l’hélicoptère
Figures 14, 16 & 16b : rangement et le transport des pales du micro-hélicoptère : 1) 4 housses rembourrées un peu plus longues que la longueur des pales (par ex. > 2,5 m) (Hl), 2) Les pales (Pax), 3) éventuellement autre housse avec poignées, pour transporter le tout (Hl), 4) rubans scratchs pour refermer et fixer la housse sur la plate-forme de transport (ici une échelle de 4 m de long), 5) échelle, 6) galerie de toit pour supporter l’échelle et les pales [+ 7) chiffon et lampe rouges de signalisation sur la route ].
Housses :
Housses pour les pales : Pour protéger les pales lors de leur transport, elles seront rangées dans de grandes et longues housses rembourrées (au total 4 housses pour les 4 pales, par exemple des housses pour mâts de voiliers …), ces 4 housses elles-même mise dans une plus grande housse, munie d’au moins 4 poignées.
Housses pour le bloc moteur et tête rotor : En plus pour protéger tout l’ensembles durant le transport, une autre housse (par exemple un housse de voile de voilier …), munie d’un zip en faisant tout le tour, de très grande dimension, rembourrée, permettra de couvrir totalement la partie moteur / siège-sellette / tête de rotor, pour le transport, et contre les intempéries ou l’humidité. Une bande rembourrée sera prévue pour protéger la partie tête de rotor. Toutes ces housses et bandes sont fermées par des scratches ou des bandes scratches ou des zips (fermetures éclair très solides). La grande housse devrait être très solide (résistante à la déchirure amorcée) et munie d’au moins 6 solides poignées. L’idéal serait que la housse extérieure soit étanche comme un sac de canyoning ou de spéléologie.
Utilisation militaire : les housses étanches et leurs contenus pourraient être placés dans les tubes lance-missiles des sous-marins, et propulsés à la surface. Dès qu’elles parviennent à la surface, une capsule de gaz (déclenchée par un fil relié au sous-marin) les fond gonfler et flotter à la surface de la mer.
Note : la société Adventure, pour les pales des hélices de ses paramoteurs, fournit des housse de pales rembourrées très solides et légère. Et pour son paramoteur F1, Adventure fournir une sorte de sac ou sacoche de transport rembourrée (tissu épais), très solide, munie de forte poignées très solides.
Les trépieds :
Figures 15 & 15b : rangement et le transport de la partie centrale (bloc moteur, siège, tête de rotor …) du micro-hélicoptère : 1) tête de rotor (Tc), 3) l’engin / bloc moteur (Pm) / siège (Si) etc., 4) housse avec au minimum 4 poignées (H),
Fig. 17. : Les 2 trépieds :
de chaque côté, ils se replieraient ainsi le long des flancs latéraux de
l’appareil, en vol ou rangé.
Note : On peut imaginer équiper les trépieds de petites roulettes, à l’exemple de roulettes d’un diable, permettant de faciliter le déplacement de l’hélicoptère jusqu’à, par exemple, une camionnette, une voiture … ou tout autre moyen de transport de cet hélicoptère, sur les routes, les airs …
Fig. 18 : Autre type de trépied.
Impératifs : 1) il est nécessaire de trouver un compromis de calcul entre a) le plus bas centre de gravité possible avec l’appareil (conduisant à positionner les moteurs bas), b) la longueur et donc hauteur des tubes coaxiaux transmettant la force des moteurs et celle de la tête du rotor, pour éviter que le pilote puisse risquer de se faire décapiter, c) la diminution des vibrations qui conduirait alors à raccourcir les tubes coaxiaux. 2) la hauteur et le diamètre de l’hélicoptère avec sa housse, afin qu’il puisse loger dans un tube lance torpilles.
Lexique de certain termes employés dans
ce document
Le cyclique
: Cette commande permet d'incliner le rotor de l'hélicoptère en avant, en
arrière ou sur le côté. Une action sur le manche cyclique provoque une
inclinaison du rotor, par rapport à son plan de rotation initial, et donc une modification
de l'assiette (inclinaison) de la machine.
Le collectif
: Il permet de faire monter ou descendre l'hélicoptère. Cette commande
est située à gauche du siège du pilote et elle agit sur toutes les pales du
rotor en même temps.
L'anti-couple
: C’est une commande actionnée par le pilote agit sur les pas du rotor de
l'hélicoptère. Principalement elles permettent d'adapter la force (puissance)
nécessaire pour annuler la rotation du fuselage autour de l'axe du rotor
principal. Mouvement provoqué par le couple du rotor principal et le
moteur. Mais aussi lors d'un vol stationnaire ou à très faible vitesse permet
de faire pivoter le fuselage à droite ou à gauche. En appuyant à droite sur la
commande, le fuselage pivote sur la droite et réciproquement en appuyant à
gauche, pivote à gauche.
|
Fig. 1 |
Fig. 2 |
Fig. 3 |
|
Fig.
4 |
Fig. 5 |
|
|
Fig.
6 |
Fig.
7 & 7b
|
Fig.
8 |
Fig.
9 |
|
Fig.
10 |
Fig.
11 |
|
Fig.
12 |
Fig.
13 (facultatif) |
Support, rangement et transport de
l’hélicoptère
|
Fig.
14 |
Fig.
15 |
Fig.
15b |
|
Fig.
16
Fig.
16b |
Fig.
17
Fig.
18 |
|
