FR2679867A1 - Propulsion device intended to cause a pilot equipped with a parapent to fly - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention conçerne un dispositif de propulsion destiné à faire voler un pilote équipé d'un parapente (aile souple dont le profil est maintenu par les forces aérodynamiques crées par le vol). The present invention designs a propulsion device intended to fly a pilot equipped with a paraglider (flexible wing whose profile is maintained by the aerodynamic forces created by the flight).
Les propulseurs actuellement utilisés sont composés d'un moteur thermique auquel est accouplé une hélice bipale ou tripale par l'intermédiaire d'un réducteur. Un chassis supporte le moteur et forme une cage de protection tubulaire autour de la périphérie de hélice, la voile du parapente étant directement fixée en haut de ce chassis par son suspentage. The propellants currently used consist of a heat engine to which is coupled a two-bladed or three-bladed propeller by means of a reduction gear. A frame supports the engine and forms a tubular protective cage around the periphery of the propeller, the paraglider's wing being directly fixed to the top of this frame by its lines.
Ce type de propulseur présente plusieurs inconvénients:
La présence d'une hélice de grande taille due au fait que le pilote en masque la majeure partie n'autorise pas un rendement correct dans l'utilisation de la puissance du moteur. L'hélice n'étant protégée que par un chassis périphérique tubulaire, la manipulation du propulseur par le pilote ou un aide présente de graves dangers si une partie de leur corps pénétre dans le périmètre de rotation de l'hélice. En cas de chute du pilote ou de bris de 1' hélice en vol, les pales constituent des projectiles pouvant blesser l'utilisateur, les personnes se trouvant à proximité et endommager sérieusement la voile du parapente. La taille de l'hélice engendre un niveau sonore tel que le pilote porte généralement une protection auditive et que des nuisances importantes sont perçues par le voisinnage.This type of propellant has several drawbacks:
The presence of a large propeller due to the fact that the pilot hides most of it does not allow correct performance in the use of engine power. As the propeller is only protected by a tubular peripheral frame, the manipulation of the propellant by the pilot or an assistant presents serious dangers if a part of their body enters the perimeter of rotation of the propeller. If the pilot falls or the propeller breaks in flight, the blades constitute projectiles which can injure the user, people in the vicinity and seriously damage the paraglider's wing. The size of the propeller generates a noise level such that the pilot generally wears hearing protection and that significant nuisance is perceived by the neighbors.
Le dispositif suivant l'invention permet de remédier à ces dangers et inconvénients. A cet effet, il est caractérisé en ce que un moteur thermique fixé sur un chassis entraine une turbine composée d'au moins une hélice multipale carénée par un carter externe. Cette disposition permet d'une part de masquer les pièces en mouvement, la manipulation du propulseur s'effectuant alors en toute sécurité et d'autre part de cacher sous divers angles le moteur le niveau sonore de fonctionnement étant fortement diminué. The device according to the invention overcomes these dangers and drawbacks. To this end, it is characterized in that a heat engine fixed to a chassis drives a turbine composed of at least one multi-blade propeller faired by an external casing. This arrangement allows on the one hand to hide the moving parts, the manipulation of the propellant then being carried out safely and on the other hand to hide from various angles the engine the operating noise level being greatly reduced.
Selon une autre caractéristique avantageuse, le carter externe de carêne constitué d'un c8ne convergent/divergent permet d'optimiser le rendement du propulseur. Cela permet aussi de centrer la poussée du propulseur sur son axe de progression et de limiter les projections accidentelles à l'arrière de l'appareil. According to another advantageous characteristic, the outer casing of the barrel consisting of a converging / divergent cone makes it possible to optimize the efficiency of the propellant. This also makes it possible to center the thrust of the thruster on its axis of progression and to limit accidental projections at the rear of the aircraft.
L'alimentation en air de la turbine est de préférence effectuée selon une section annulaire située entre le chassis et l'en- trée convergente du cône formant le carter externe de carène. The air supply to the turbine is preferably carried out in an annular section located between the chassis and the converging inlet of the cone forming the outer casing of the hull.
Cette caractéristique permet un écoulement aérodynamique rationnel malgré la présence du pilote devant le propulseur et autorise un refroidissement correct du moteur thermique. This characteristic allows a rational aerodynamic flow despite the presence of the pilot in front of the propellant and allows correct cooling of the heat engine.
Selon une première variante, un stator est inséré dans la turbine derrière l'hélice multipale. Ce stator composé de bras profilés fixés sur la paroi interne du carter externe de carene et se rejoignant au centre de la turbine permet de maintenir un palier destiné à supporter l'arbre de l'hélice, ce qui limite les vibrations et rigidifie la carène. Le profil des bras du stator sert à exercer une action anticouple tout en redressant le flux d'air. According to a first variant, a stator is inserted in the turbine behind the multi-blade propeller. This stator composed of profiled arms fixed on the inner wall of the outer hull casing and joining at the center of the turbine makes it possible to maintain a bearing intended to support the propeller shaft, which limits the vibrations and stiffens the hull. The profile of the stator arms is used to exert an anti-torque action while straightening the air flow.
Selon une deuxième variante, la turbine est composée de deux hélices multipales contrarotatives, ce qui élimine presque totalement l'effet de couple tout en permettant l'utilisation d'une puissance plus importante pour un même encombrement. According to a second variant, the turbine is composed of two counter-rotating multi-blade propellers, which almost completely eliminates the effect of torque while allowing the use of greater power for the same size.
Selon une troisième variante, la turbine est composée de deux hélices multipales entre lesquelles est inséré un stator redresseur de flux et anticouple. Cette disposition est particulièrement intéressante dans le cas d'hélices co-rotatives, l'hélice placée en aval conservant un rendement interessant sans que le dispositif soit alourdi par un systême de contrarotation. According to a third variant, the turbine is composed of two multi-blade propellers between which a flux rectifier and anticouple stator is inserted. This arrangement is particularly advantageous in the case of co-rotating propellers, the propeller placed downstream retaining an interesting yield without the device being weighed down by a contrarotation system.
Dans un mode de réalisation préférentiel, l'arbre du moteur thermique entraine l'arbre de l'hélice par l'intermédiaire d'une liaison homocinétique du type joint à cardan, la diminution du diametre de l'hélice permettant une vitesse de rotation importante et la suppression du réducteur. Le moyen d'accouplement présenté n'est évidemment pas le seul possible, citons à titre d'exemple non limitatif les joints d'Oldham, arbres cannelés ou plus simplement arbre unique moteur/hélice. In a preferred embodiment, the engine shaft drives the propeller shaft via a constant velocity joint of the universal joint type, the reduction in the diameter of the propeller allowing a high speed of rotation and the removal of the reducer. The coupling means presented is obviously not the only possible one, let us quote by way of nonlimiting example the joints of Oldham, splined shafts or more simply a single engine / propeller shaft.
Suivant une autre disposition interessante, la turbine comporte un capotage central interne profilé plaçé en bout d'arbre d' hélice, sur le moyeu de l'hélice ou du stator, dispositif permettant d'améliorer l'écoulement du flux d'air dans la turbine. According to another interesting arrangement, the turbine has a profiled internal central casing placed at the end of the propeller shaft, on the hub of the propeller or of the stator, a device making it possible to improve the flow of air flow in the turbine.
Les figures annexées données uniquement à titre d'exemple feront bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. The appended figures given solely by way of example will make it clear how the invention can be implemented.
La figure 1 représente l'ensemble de l'appareil en vol. Figure 1 shows the entire aircraft in flight.
La figure 2 représente le dispositif selon l'invention vu de trois quarts face. FIG. 2 represents the device according to the invention seen from three-quarters face.
La figure 3 représente le dispositif vu de trois quarts arr ière. Figure 3 shows the device seen from three quarters back.
La figure 4a représente le revêtement du chassis vers le pilote. FIG. 4a represents the coating of the chassis towards the pilot.
La figure 4b représente la plaque composant la base du chassis. Figure 4b shows the plate making up the base of the chassis.
La figure 4c représente le harnais du chassis. Figure 4c shows the chassis harness.
La figure 4d représente le pied tubulaire du chassis. Figure 4d shows the tubular base of the chassis.
La figure 5 représente le dispositif selon l'invention vu de coté. Figure 5 shows the device according to the invention seen from the side.
La figure 6 représente vu de dessus le schéma de l'écoulement de l'air autour du pilote équipé du dispositif. FIG. 6 represents seen from above the diagram of the air flow around the pilot equipped with the device.
La figure 7 représente en coupe l'ensemble chassis, moteur et turbine selon l'invention. FIG. 7 shows in section the chassis, motor and turbine assembly according to the invention.
La figure 8 représente une première variante de la turbine avec monohélice et stator vu en coupe. FIG. 8 represents a first variant of the turbine with a single helix and a stator seen in section.
La figure 9 représente en coupe une seconde variante de la turbine avec hélices contrarotatives. Figure 9 shows in section a second variant of the turbine with counter-rotating propellers.
La figure 10 représente en coupe une troisième variante de la turbine avec hélices co-rotatives et stator. Figure 10 shows in section a third variant of the turbine with co-rotating propellers and stator.
L'ensemble de l'appareil en vol présenté en figure 1 est composé de la voile du parapente (7) et du pilote (2) muni du dispositif selon l'invention (3). The entire aircraft in flight presented in FIG. 1 is made up of the paraglider sail (7) and the pilot (2) fitted with the device according to the invention (3).
Le dispositif selon l'invention présenté en figure 2 est composé d'un chassis (60) sur lequel est adapté un harnais (7) qui permet le maintient de l'appareil sur le pilote. Le chassis (60) supporte les deux barres d'accouplement (4) sur lesquelles seront fixées d'une part la sellette du pilote et d'autre part la voile du parapente par l'intermédiaire de son suspentage. Les différents orifices pratiqués dans les barres d'accouplement (4) permettent le réglage des points d'attache du suspentage en fonction du poids du pilote. Toujours du chassis (60), les bras de fixation (5) supérieurs et inférieurs maintiennent le carter externe de carêne (8) de la turbine (300) dans laquelle est visible une hélice multipales (710). La partie inférieure du chassis (60) est prolongée par un pied tubulaire (9) utilisé comme support au sol et comme protection passive en cas de chute. The device according to the invention presented in FIG. 2 is composed of a chassis (60) on which is fitted a harness (7) which allows the maintenance of the device on the pilot. The chassis (60) supports the two coupling bars (4) on which the pilot's harness will be fixed on the one hand and the paraglider wing on the other hand by means of its lines. The different holes made in the coupling bars (4) allow the adjustment of the lines of attachment according to the weight of the pilot. Still from the chassis (60), the upper and lower fixing arms (5) hold the outer casing (8) of the turbine (300) in which a multi-blade propeller (710) is visible. The lower part of the chassis (60) is extended by a tubular foot (9) used as a support on the ground and as passive protection in the event of a fall.
La figure 3 présente le dispositif vu de l'arrière ou la turbine (300) composée du carter externe de carêne (8)entourant une hélice multipales (110) est fixée au chassis (60) par les bras de fixation (5) supérieurs et inférieurs. FIG. 3 shows the device seen from the rear or the turbine (300) composed of the outer casing of the casing (8) surrounding a multi-blade propeller (110) is fixed to the chassis (60) by the upper fixing arms (5) and lower.
Sont aussi apparents les barres d'accouplement (4) et le pied tubulaire (9). Also visible are the coupling bars (4) and the tubular leg (9).
Les figures 4a, 4b, 4c et 4d présentent un éclaté du chassis (60) composé d'une plaque (61) de préférence réalisée en résine et fibres synthétiques qui comporte les points d'attache du harnais (12), les percements destinés à la fixation du moteur (11), les bords de la plaque étant moulés (io) pour recevoir le pied tubulaire (9). Le corps du pilote fixé par le harnais (7) sera en contact avec une plaque de mousse (62), de préférence collée sur la plaque principale (61). Figures 4a, 4b, 4c and 4d show an exploded view of the chassis (60) composed of a plate (61) preferably made of resin and synthetic fibers which includes the attachment points of the harness (12), the holes intended for fixing the motor (11), the edges of the plate being molded (io) to receive the tubular leg (9). The pilot's body fixed by the harness (7) will be in contact with a foam plate (62), preferably glued to the main plate (61).
L'ensemble du dispositif présenté de coté en figure 5 laisse apparaitre le moteur thermique (13) (mono ou multicylindres de type 2 temps, 4 temps, rotatif en version essence ou diesel) muni de son dispositif d'échappement (14). Le chassis (60) équipé du harnais (7) supporte le moteur (13) et la turbine (300) dont on voit la section annulaire d'admission (30) et le carter externe de carêne (8) maintenu par les bras de fixation (5). Sont aussi visibles les barres d'accouplement (4) et le pied tubulaire (9) dont la hauteur pourra être réglée par enfoncement de sa partie supérieure dans le chassis (60). The entire device presented from the side in FIG. 5 reveals the heat engine (13) (single or multi-cylinder type 2-stroke, 4-stroke, rotary in petrol or diesel version) provided with its exhaust device (14). The chassis (60) fitted with the harness (7) supports the engine (13) and the turbine (300), the annular intake section (30) of which is seen, and the outer casing (8) held by the fixing arms (5). Also visible are the coupling bars (4) and the tubular leg (9), the height of which can be adjusted by pressing its upper part into the chassis (60).
La figure 6 présente vu du dessus le pilote (2) sanglé dans le harnais (7) supportant le chassis (60) du dispositif selon 1' invention. On constate que la turbine (300) et le moteur (13) sont centrés sur l'axe de progression (17) du propulseur. Il apparait aussi clairement que l'écoulement de l'air d'admission représenté par les flèches hachurées (15) autour du pilote (2) vers la turbine (300) est facilité par la section annulaire d'admission (30) tandis que l'éjection en sortie (16) se place sur le même axe que celui de progression (17) du propulseur. Figure 6 shows a top view of the pilot (2) strapped into the harness (7) supporting the chassis (60) of the device according to one invention. It can be seen that the turbine (300) and the motor (13) are centered on the axis of progression (17) of the propellant. It also appears clearly that the flow of the intake air represented by the hatched arrows (15) around the pilot (2) towards the turbine (300) is facilitated by the annular intake section (30) while the ejection at outlet (16) takes place on the same axis as that of progression (17) of the propellant.
La figure 7 présente la version de base du propulseur composée d'un chassis (60) sur lequel est fixé un moteur thermique (13) par l'intermédiaire d'amortisseurs de vibrations (18). L' arbre moteur/hélice (200) sort du carter du moteur (26) et le dispositif d'échappement (14) est placé sous le moteur (13). La turbine (300) se compose du carter externe de carêne (8) maintenu par ses bras de fixation (5) qui entoure une hélice multipales simple (100). Il est est bien évident que les éléments présentés ont étés décrits de façon schématique afin de décrire de façon aussi claire que possible le fonctionnement du dispositif selon i 'invention. FIG. 7 shows the basic version of the thruster composed of a chassis (60) on which a heat engine (13) is fixed by means of vibration dampers (18). The motor / propeller shaft (200) comes out of the motor housing (26) and the exhaust device (14) is placed under the motor (13). The turbine (300) consists of the outer casing (8) held by its fixing arms (5) which surrounds a simple multi-blade propeller (100). It is obvious that the elements presented have been described schematically in order to describe as clearly as possible the operation of the device according to the invention.
La première variante représentée en figure 8 associe un stator (24) à une hélice multipales simple (100) fixée sur l'arbre d'hélice (202), lui même couplé à l'arbre moteur (201) par l'intermédiaire d'une liaison homocinétique (22). Le moyeu du stator (23) renferme un palier (20) supportant l'arbre d'hélice (202) et est coiffé par un capotage profilé (21). The first variant shown in FIG. 8 associates a stator (24) with a simple multi-blade propeller (100) fixed on the propeller shaft (202), itself coupled to the motor shaft (201) by means of a homokinetic link (22). The stator hub (23) contains a bearing (20) supporting the propeller shaft (202) and is capped by a profiled cowling (21).
La figure 9 présente une deuxième variante de la turbine munie cette fois d'hélices contrarotatives (101,102). Le dispositif mécanique de contrarotation (19) fixé sur le carter du moteur (26) permet à l'arbre moteur/hélices (203) d'être particulièrement court. Il est possible de fixer l'hélice placée en amont (101) directement sur la couronne (27) coiffant les engrenages du dispositif contrarotatif (19), la couronne (27) étant montée sur un palier (20) prenant appui sur l'arbre moteur/hélices (203). Celui ci recevant en aval un capotage de bout d'arbre profilé (21). FIG. 9 shows a second variant of the turbine this time fitted with counter-rotating propellers (101, 102). The mechanical contra-rotation device (19) fixed to the motor housing (26) allows the motor / propeller shaft (203) to be particularly short. It is possible to fix the propeller placed upstream (101) directly on the crown (27) covering the gears of the counter-rotating device (19), the crown (27) being mounted on a bearing (20) bearing on the shaft. engine / propellers (203). The latter receiving downstream a profiled shaft end cover (21).
A noter que dans cette version, le carter externe de carêne (8) n'a aucune fonction de support de l'arbre moteur/hélices (203).Note that in this version, the outer casing (8) has no function of supporting the motor shaft / propellers (203).
munS figure 10 présente une troisième variante de la turbine qui est dan s cette version d'hélices co-rotatives (103,104) entre lesquelles est interposé un stator (25). L'entrainement est assuré par la succession d'un arbre moteur (201), d'une liaison homocinétique (22) et d'un arbre d'hélices (204) maintenu par un palier (20) placé dans le moyeu (23) du stator (25). munS Figure 10 shows a third variant of the turbine which is dan s this version of co-rotating propellers (103,104) between which is interposed a stator (25). The drive is provided by the succession of a drive shaft (201), a constant velocity connection (22) and a propeller shaft (204) held by a bearing (20) placed in the hub (23) stator (25).
De préférence, la majorité des éléments composant le dispositif selon l'invention seront réalisés en matériaux à haute ré- sistance massique (rapport résistance/poids) tels que matières plastiques, aluminium ou composites fibres-résines. L'insonorisation du dispositif pourra Etre améliorée par adjonction d'un revêtement sur les parois internes de la turbine ainsi que sur la paroi coté moteur du chassis. Les modes de fixation entre la voile du parapente, le pilote et le propulseur pourront être modifiés ou simplifiés en conservant le même dispositif de propulsion. Il va de soi que des modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, notamment par substitution des moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Preferably, the majority of the elements making up the device according to the invention will be made of materials with high mass resistance (strength / weight ratio) such as plastics, aluminum or fiber-resin composites. The soundproofing of the device could be improved by adding a coating on the internal walls of the turbine as well as on the wall on the engine side of the chassis. The methods of attachment between the paraglider wing, the pilot and the propellant may be modified or simplified by keeping the same propulsion device. It goes without saying that modifications may be made by those skilled in the art to the device which has just been described solely by way of nonlimiting example, in particular by substitution of equivalent technical means, without thereby departing from the scope of the invention.
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