Aérodyne conçu pour décoller et atterrir<B>à</B> la verticale La présente invention a pour objet un aérodyne conçu pour décoller et atterrir<B>à</B> la verticale, com prenant au moins un propulseur<B>à</B> réaction dont la position est fixe par rapport<B>à</B> la structure de l'aéro- dyne et un dispositif<B>de</B> commande, de man#uvre et de stabilisation de l'aérodyne.
Le problème de la stabilisation d'un tel aérodyne appelé<B>à</B> accomplir la plus grande partie de sa mis sion en vol horizontal, se pose avec plus de diffi cultés, durant les déplacements verticaux lents<B>à</B> l'atterrissage et au décollage ou aux très grandes vitesses supersoniques où les gouvernes aérodynami ques sont inopérantes.
L'aérodyne selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif mentionné ci-dessus comporte des moyens de gouverne propres<B>à</B> faire dévier<B>le</B> jet propulsif s'échappant dudit propulseur et agencés de manière<B>à</B> produire des couples assurant la man#uvre de l'aérodyne par rapport aux axes de tangage et de lacet, et des moyens de gouverne assurant la man#u- vre de l'aérodyne par rapport<B>à</B> l'axe de roulis,
ces deux moyens étant susceptibles d'être commandés<B>à</B> partir d'un levier de pilotage par l'intermédiaire d7un dispositif d'asservissement agencé de manière<B>à</B> assu rer la stabilisation et l'amortissement<B>de</B> l'aérodyne au moyen de l'énergie fournie par le propulseur lui- même, ce dispositif d'asservissement étant sensible aux écarts<B>de</B> la position de l'aérodyne par rapport <B>à</B> une position déterminée et comprenant des moyens permettant de détecter l'importance de ces écarts et/ou leur vitesse de variation.
Le dessin annexé représente,<B>à</B> titre d'exemple, une forme d'exécution de l'aérodyne faisant l'objet de l'invention.
La fig. <B>1</B> est une vue schématique de cette forme d'exécution. La fig. 2 est une vue<B>à</B> plus grande échelle d'une variante d'un détail de l'aérodyne de la fig. <B>1.</B>
Les fig. <B>3</B> et 4 montrent les moyens utilisés dans cette forme d#exécution pour créer un couple de roulis, la fig. 4 étant une coupe par IV-IV <B>de</B> la fig. <B>3.</B>
La fig. <B>5</B> est un schéma électrique du dispositif de commande de l'aérodyne.
Les fig. <B>6</B> et<B>7</B> sont une vue et un schéma ana logues<B>à</B> ceux des fig. <B>1</B> et<B>5</B> respectivement d'une variante.
Les fig. <B>8, 9,</B> 10 et<B>11</B> sont des schémas expli catifs illustrant la position relative du centre de gra- vit6 de l'aérodyne et de la section d'application de la poussée du réacteur.
Dans la forme d'exécution représentée sur les fig. <B>1</B> et 2, T désigne la tuyère d'éjection d'un turbo réacteur R. Dans le plan de l'orifice de sortie de cette tuyère débouchent quatre ajutages opposés deux <B>à</B> deux et s'étendant sur un arc d'un peu moins de <B>900.</B> Les ajutages supérieur et inférieur<B>1,</B> de même que les ajutages latéraux 2, sont en forme de fentes inclinées vers l'amont.
Les ajutages<B>1</B> communiquent avec des cavités <B>3</B> dans lesquelles débouchent des conduits 4 reliés <B>à</B> une canalisation<B>5</B> d'amenée<B>de</B> fluide sous pres sion, par l'intermédiaire d'un robinet doseur<B>6</B> qui permet<B>de</B> faire, varier en sens inverses les débits acheminés par chaque conduit 4. En un point<B>7</B> de la canalisation<B>5</B> est branchée une dérivation<B>8</B> pour vue d'un robinet doseur<B>9</B> identique au robinet<B>6</B> et réglant en sens inverses les débits fournis par des conduits<B>10, à</B> des cavités<B>11</B> alimentant les fentes 2.
La canalisation<B>5</B> est équipée d7une vanne 12 et aboutit<B>à</B> un collecteur<B>17</B> effectuant un prélèvement sur<B>le</B> fluide moteur du turboréacteur, par exemple <B>à</B> la sortie du compresseur. En position normale, les robinets<B>6</B> et<B>9</B> assurent un débit égal pour les quatre ajutages qui forment alors un jet auxiliaire transversal annulaire exerçant un effet de striction aérodynamique sur le<B>jet</B> prin cipal sortant de la tuyère T, ce qui équivaut<B>à</B> une réduction de la section de sortie de celle-ci. Un tel dispositif<B>de</B> striction aérodynamique, qui remplace avantageusement les dispositifs mécaniques (par exemple<B>à</B> volets ou<B>à</B> aiguille), a été décrit par la titulaire dans son brevet suisse<B>NI, 326693</B> du <B>28</B> décembre<B>1951.</B>
Le réglage de l'effet de striction est obtenu au moyen de la vanne 12 qui règle<B>le</B> débit total fourni aux fentes de striction. La commande<B>de</B> cette vanne peut être réalisée automatiquement en asservissant celle-ci au dispositif habituel de régulation du turbo réacteur (non représenté).
Lorsqu'on veut faire man#uvrer l'aérodyne, en profondeur ou en direction, on actionne les robinets <B>6</B> ou<B>9</B> dans le sens convenable. Ainsi si l'on désire effectuer un mouvement de piqué ou de cabrage, on actionnera le robinet<B>6</B> de manière<B>à</B> favoriser la fente supérieure au détriment de la fente infé rieure ou inversement, selon le cas.
De même, le mouvement de virage sera obtenu par la man#uvre du robinet<B>9.</B>
Dans chaque cas, le jet auxiliaire prépondérant produit par l'un des ajutages exercera sur le jet prin cipal un effet de déviation qui sera renforcé par un prolongement évasé<B>13</B> convexe du cÔté du jet.
La commande des robinets doseurs<B>6</B> et<B>9</B> assure donc la man#uvre en profondeur -et en direction de l'aérodyne.
Le mouvement de gauchissement, autour de l'axe de roulis ou axe longitudinal de l'aérodyne, peut être réalisé par la mise en rotation du jet propul seur au moyen d'aubes orientables 42, imprimant<B>à</B> l'écoulement du fluide moteur un mouvement héli coïdal dans un sens ou dans l'autre. Ce mouvement peut aussi être obtenu au moyen de l'agencement représenté plus clairement sur les fig. <B>3</B> et 4, par réaction directe sur l'atmosphère de fluide comprimé prélevé par le collecteur<B>17.</B>
Le débit de ce fluide comprimé est réglé par une vanne<B>18</B> qui, par une canalisation<B>19,</B> alimente une vanne de distribution 20. Cette dernière vanne ali mente soit deux canalisations 2la et<B>21b</B> nanties d!éjecteurs 22a et<B>22b</B> produisant un sens de rota tion positif, soit deux canalisations 23a et<B>23b</B> qui aboutissent aux éjecteurs 24a et 24b, produisant ainsi un sens de rotation négatif.
Dans l'aérodyne décrit, les canalisations 21a,<B>21b,</B> 23a et<B>23b</B> abou tissent toutes dans des atterrisseurs A-B spécialement conçus pour l'aérodyne et dans lesquels sont montés les éjecteurs 22a et<B>22b</B> dirigés dans un sens diamé tralement opposé au sens dans lequel sont montés les éjecteurs 24a et 24b.
<B>Il</B> est évident que le dispositif permettant la man#uvre de l'aérodyne et qui a été décrit en rap port avec un turboréacteur est également applicable <B>à</B> un statoréacteur ou<B>à</B> des groupes motopropulseurs <B>à</B> réaction<B>de</B> différents types, telle par exemple la combinaison d'un statoréacteur et d'un turboréacteur.
Ce dispositif permet le pilotage<B>à</B> toutes les vitesses de vol, même nulles, puisqu'il ne fait pas intervenir le vent relatif nécessaire aux gouvernes aérodynamiques classiques. Toutefois, par suite jus tement de l'absence d'action aérodynamique aux fai bles vitesses de vol, l'aérodyne est sensible aux diverses perturbations telles que l'excentration for tuite du<B>jet</B> propulseur, la rotation de la veine fluide <B>à</B> la sortie de la turbine ou de la tuyère d'éjection, les couples gyroscopiques engendrés par les parties tournantes, les réactions consécutives aux variations de régime du réacteur, les rafales de vent, les vents latéraux, etc. Contrairement aux aérodynes classiques volant<B>à</B> grande vitesse,
les aérodynes <B>à</B> essor vertical ne sont le siège, aux faibles vitesses, lors du décol- 1 ag ge ou de l'atterrissage, d'aucune stabilisation ou amortissement d'origine aérodynamique.
Dans l'aérodyne décrit, on crée une stabilisation et un amortissement artificiels au moyen d'un méca nisme d'asservissement des gouvernes décrites plus haut. Ce mécanisme d'asservissement est représenté sur les fig. <B>1</B> et<B>5.</B>
Un braquage du levier<B>de</B> pilotage<B>31</B> déplace le curseur d'un potentiomètre<B>33</B> en sens négatif ou positif par rapport<B>à</B> une résistance<B>à</B> point milieu 34 avec laquelle il est branché en pont de Wheatstone. Cette, commande est transmise<B>à</B> une boîte de com mande,<B>32</B> qui ferme le circuit d'alimentation d'un vérin électrique<B>36,</B> par un relais polarisé<B>37.</B>
Le vérin électrique<B>36</B> tourne dans<B>le</B> sens des aiguilles d!une montre lorsque la commande du levier de pilotage est positive, et en sens inverse dans le cas contraire et commande la vanne de distribution d'air<B>9</B> dirigeant le jet d'air comprimé dans l'une ou l'autre des canalisations<B>10</B> aboutissant aux secteurs opposés 2 correspondant<B>à</B> la commande de direction du pilote.
Un gyromètre<B>35</B> détecte la vitesse angulaire selon l'axe de tangage t et déplace le curseur d'un potentiomètre<B>38</B> en sens positif ou négatif, par rap port<B>à</B> une résistance<B>à</B> point milieu<B>39</B> avec laquelle ce potentiomètre est branché en pont de Wheatstone. Un circuit comprenant une résistance<B>61</B> et une capa cité<B>62</B> intègre une fraction du courant circulant dans la diagonale du pont de Wheatstone et une bobine<B>63</B> du relais polarisé est alimentée en fonc tion du potentiel d'intégration pris aux bornes de la capacité.
Cette nouvelle commande vient augmenter (ou dinünuer) celle donnée au relais polarisé par la position du potentiomètre<B>33.</B> Un troisième signal est transmis au relais polarisé de la boîte<B>de</B> commande et est fourni par une boucle de retour 40 du vérin électrique<B>36,</B> cette boucle réintroduisant dans le relais un signal représentant la valeur du déplacement du vérin.
La vitesse du vérin varie proportionnellement<B>à</B> la somme des valeurs détectées. Le couple produit par les gouvernes est proportionnel<B>à</B> la position du vérin qui commande lesdites gouvernes, et est donc proportionnel<B>à</B> l'intégrale des valeurs détectées.
Le couple de rappel est donc commandé par l'intégration de la valeur détectée de la vitesse angu laire (gyromètre). L'amortissement est produit par un déphasage entre la vitesse du vérin et les valeurs détectées, Bien entendu, deux autres ensembles analogues sont prévus pour les deux autres gouvernes. Sur la fig. <B>5,</B> on voit trois ensembles de commande<B><I>d, p, g</I></B> correspondant respectivement aux gouvernes de direction, de profondeur et de gauchissement.
En ce qui concerne cette dernière gouverne, dont l'ensemble de commande est représenté<B>à</B> la partie inférieure de la fig. <B>1,</B> le principe de commande et de détection électrique avec l'asservissement est le même que celui décrit pour la gouverne de direction <B>d,</B> mais dans ce cas, le gyromètre intégrant<B>35'</B> est associé<B>à</B> l'axe de roulis r.
Dans l'exemple de la fig. <B>1,</B> les aubes orientables 42 ne sont pas utilisées pour la gouverne<B>de</B> gau chissement. Elles servent<B>à</B> redresser le flux<B>à</B> la sortie 41 de la turbine pour annuler les mouve ments hélicoïdaux résiduels de ce flux et sont calées une fois pour toutes.
Il est<B>à</B> noter que le dispositif<B>à</B> action pneifma- tique agissant sur le jet représenté sur les fig. <B>1</B> et 2 pourrait être remplacé par un dispositif<B>à</B> action mécanique, les mécanismes de commande, de détec tion et d'as servissement étant les mêmes. La diffé- re,nce résiderait dans le fait que, dans ce cas, quatre vérins commandent chacun un obstacle ou<B>e</B> spoiler <B> </B> introduit sur le parcours du jet.
La fig. <B>6</B> représente un groupe turboréacteur R <B>à</B> gouvernes mécaniques de profondeur et de direc tion. Ces gouvernes sont constituées par quatre obstacles escamotables 14 ou<B> </B> spoliers <B> ,</B> disposés<B>à</B> 901) les uns des autres et commandés par des vérins hydrauliques individuels 49, les vérins correspondant <B>à</B> une paire d'obstacles opposés étant associés<B>à</B> une même boîte de commande.
L'action des obstacles escamotables est analogue <B>à</B> celle des ajutages<B>1</B> et 2 décrits précédemment. Lorsqu'on plonge un obstacle dans le jet, on produit une déviation de celui-ci dans la direction opposée et par suite un couple<B>de</B> gouverne. Ainsi les obsta cles supérieur et inférieur entraînent un mouvement de piqué et de cabrage respectivement, c'est-à-dire un déplacement<B>de</B> l'aérodyne autour de son axe de tangage t, tandis que les obstacles latéraux corres pondent<B>à</B> un virage<B>à</B> gauche ou<B>à</B> droite, c'est- à-dire un déplacement autour de l'axe de, lacet<B>1.</B>
La gouverne de gauchissement, c'est-à-dire celle produisant le déplacement de l'aérodyne autour de l'axe de roulis r, est constituée par des aubes orien tables<B>16</B> analogues aux aubes 42 de la fig. <B>1,</B> mais dont l'orientation est réglée au moyen d'un vérin hydraulique<B>50</B> accouplé<B>à</B> un levier l8a solidaire de l'axe<B>18</B> de l'aube. La commande des aubes<B>16</B> est synchronisée, ces aubes pouvant avoir une incidence positive ou néga tive par rapport aux filets de l'écoulement du fluide moteur, mettant ainsi celui-ci en rotation autour de l'axe longitudinal, dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens opposé, en produisant un couple de roulis de signe correspondant.
Les fig. <B>6</B> et<B>7</B> montrent le dispositif & asservis- sement de ces gouvernes, qui est analogue dans son principe, a celui de la forme d'exécution précédente, mais dans la variante de la fig. <B>7,</B> les gouvernes agissant sur le jet sont constituées par des<B>e</B> spoilers <B> </B> injecteurs agissant simultanément, mécaniquement et pneurnatiquement.
Un gyroscope 43 détecte l'inclinaison angulaire suivant deux plans et deux gyromètres 44 et 45 détectent les vitesses angulaires suivant les deux axes transversaux (t et<B>1</B> représentent les axes de tangage et de lacet).
Un braquage du levier<B>de</B> pilotage<B>31</B> agira, comme dans le cas de la fig. <B>1,</B> sur les boîtes de commande 47, 47' ou 47". Dans l'exemple repré senté au dessin, ces boîtes de commande sont dou bles, c'est-à-dire qu'elles comprennent une boîte de commande électrique agissant sur une boîte de distri bution hydraulique.
<B>.</B> Selon la position<B>de</B> la palette du relais polarisé <B>37</B> influencée par la somme des valeurs détectées, la boîte de commande hydraulique transmettra au vérin hydraulique 49 correspondant<B>à</B> un<B> </B> spoiler <B> </B> 14 donné, ou aux vérins<B>50</B> agissant sur les aubes<B>16,</B> la commande convenable.
Sur la fig. <B>7,</B> on a représenté, pour la clarté du schéma, des vérins électriques 49a et 50a qui sont, bien entendu, équivalents aux vérins hydrauliques 49 et<B>50</B> de la fig. <B>6,</B> les boîtes de commande élec trique 47a, 47a et 47"a étant de même équivalentes aux boîtes électrohydrauliques 47, 47' et 47".
Dans la variante qui vient d'être décrite, les posi tions des vérins hydrauliques 49 commandant les <B> </B> spoilers <B> </B> 14 et des vérins hydrauliques<B>50</B> com mandant les aubes<B>16</B> de rotation du<B>jet,</B> déterminent la position de curseurs de potentiomètre<B>51</B> branchés en ponts de Wheatstone avec des résistances<B>à</B> point milieu<B>52,</B> et transmettent<B>à</B> la boîte de commande correspondante une valeur détectée venant s'ajouter <B>à</B> la somme des autres valeurs détectées.
En outre, dans le cas de la gouverne de roulis, une dynamo 48 effectue la détection de la dérivée de la vitesse de rotation du turboréacteur en fonction du temps dNIdt et la transmet<B>à</B> la partie électrique de la bdite de commande<B>;</B> la valeur de cette dérivée vient alors s'ajouter<B>à</B> la somme des autres valeurs détectées. Ceci permet de prendre en compte et de contrebalancer les réactions exercées sur l'aérodyne chaque fois qu'on fait varier le régime turboréacteur toute accélération ou décélération de celui-ci se tra duisant par une tendance de l'aérodyne<B>à</B> tourner autour de son axe de roulis.
Il est évident que le dispositif décrit pour un aérodyne propulsé par turboréacteur pourrait égale ment être appliqué<B>à</B> un aérodyne propulsé par stato réacteur, en quel cas un groupe générateur d'air comprimé remplacera le collecteur de prélèvement d'air du turboréacteur.
Il<B>y</B> a lieu de remarquer que les dispositifs de commande, de man#uvre et de stabilisation peuvent être soit électroniques, soit électrohydrauliques pour toutes les variantes. On pourra notamment utiliser d'autres moyens d7amplification que ceux mentionnés ou décrits, tels qu!amplificateurs mécaniques ou élec troniques ou encore amplidynes.
Sur les fig. <B>8 à 11</B> on a représenté très schéma tiquement un aérodyne <B>E</B> avec ses pieds de support F pour le décollage vertical.
Dans les réalisations pratiques,<B>le</B> réacteur est monté fixe dans la cellule de l'aérodyne dans une position classique, c'est-à-dire que la tuyère d'éjec tion du réacteur débouche dans un plan H situé<B>à</B> la partie arrière du fuselage (ou du fuseau moteur) et que le centre de gravité<B>G</B> est situé en avant de la section<B>de</B> sortie du jet propulsif et du dispositif déviateur agissant sur ce<B>jet.</B>
La déviation du jet est réalisée sensiblement<B>à</B> la sortie<B>de.</B> la tuyère d'éjection, et le jet dévié forme un angle avec Paxe de symétrie S-S de l'aérodyne.
Le centre aérodynamique<B>de</B> l'avion se trouve, en général, en aval du centre de gravité, donc entre ce dernier et la tuyère d'éjection, ce qui permet une solution classique du positionnement de l'aile. Cette condition n'est cependant pas indispensable.
Cela étant, le dispositif décrit permet de réaliser la stabilisation de l'aérodyne soit lorsque le pilote commande volontairement une inclinaison de l'axe S-S de l'aérodyne, soit lorsqu'une perturbation tend<B>à</B> modifier la position de cet axe.
Pour le premier cas, l'asservissement est conçu de manière qu!il existe un rapport constant entre l'inclinaison commandée et la déviation du jet.
Pour illustrer la réaction aux perturbations on peut considérer par exemple le cas où l'axe S-S de l'aérodyne est asservi<B>à</B> la verticale. Pour chaque perturbation résulta-nt soit du vent, soit de l'excen- tration du jet, le dispositif de gouverne dévie auto matiquement<B>le</B> jet, de manière<B>à</B> tendre<B>à</B> ramener l'axe longitudinal de l'aérodyne dans sa position verticale.
La fig. <B>8</B> montre, par exemple, qu'en cas de vent latéral, dont l'effort V appliqué au centre aérodyna mique tend<B>à</B> faire tourner l'aérodyne autour de son centre<B>de</B> gravité en sens inverse des aiguilles d'une montre, une certaine déviation de la poussée<B>0</B> per met d'obtenir des composantes Q' et Q" donnant avec l'effort V et le poids P une résultante générale nulle, mais qu'il reste encore un couple tendant cette fois<B>à</B> faire tourner l'aérodyne dans le sens des aiguil les d7une montre.
Par une réduction de la déviation, ce couple est annulé et l'axe de l'aérodyne prend alors une certaine inclinaison comme le montre la fig. <B>9.</B> Si le vent cesse, l'axe<B>de</B> l'aérodyne est ramené dans sa position verticale.
Donc, sans intervention du pilote, il s'établit un équilibrage des couples et des forces latérales par l'inclinaison et le pilote n'a qu'à modifier la poussée selon l'altitude désirée.
La fig. <B>10</B> illustre le cas où<B>le</B> centre de gravité est excentré au lieu d'être sur l'axe. Le poids tend alors<B>à</B> faire tourner l'a6rodyne en sens inverse des aiguilles d'une montre et cette rotation est combattue par déviation<B>du</B> jet. L'équilibrage complet exige encore une inclinaison de l'axe de l'aérodyne comme le montre la fig. <B>11.</B>