FR2772714A1 - Dispositif de stabilisation en lacet pour ballons - Google Patents

Abstract

Pour les ballons, captifs ou dirigeables, on cherche à accroître l'efficacité des dérives de stabilisation en lacet, en particulier pour pouvoir réduire leur dimensions. A cet effet, selon l'invention, on utilise une girouette (5) ou un autre instrument pour détecter, à l'arrière de la carène (1) du ballon, l'angle de dérapage par rapport aux filets d'air locaux. Par un dispositif d'asservissement, on impose à la gouverne (4) de direction une position faisant tourner le ballon pour annuler l'angle de dérapage. Le ballon est ainsi placé en vol symétrique dans vent relatif. Le pilotage en lacet de l'appareil peut être obtenu et régularisé en imposant seulement un angle de dérapage entre le détecteur et la gouverne. L'asservissement de la gouverne peut être électrique, mais pour les ballons non pilotés en particulier, on prévoit une commande mécanique, la girouette commandant un volet " tab " à l'arrière de la gouverne de direction. L'invention est applicable aux avions, pour régulariser et faciliter le pilotage.

Description

Dispositif de stabilisation en lacet pour ballons.

Les ballons captifs sur un câble, de forme fuselée pour limiter la traînée aérodynamique, sont munis à l'arrière de plans d'empennage horizontaux, et d'une dérive verticale, d'assez grande surface par rapport à la surface de référence ( le volume à la puissance 2/3), pour obtenir un alignement approximatif dans la direction du vent. Ces ballons ne peuvent généralement voler de manière stable que si leur portance aérostatique est nettement supérieure à leur poids, pour que le câble soit bien tendu. L'attache du cable peut favoriser l'équilibre en tangage avec une incidence donnée et procurer un effet de cerfvolant qui tend le câble en limitant son angle avec la verticale.

Dans un ballon dirigeable, en vol libre, on cherche au contraire à équilibrer le poids et la portance, et l'on utilise des surfaces d'empennage réduites, pour limiter leur poids et leur traînée. On admet alors que le pilote doive effectuer de fréquentes corrections pour éviter les embardées ou "épaulements" Un tel dirigeable est mal adapté à un vol captif non piloté. A l'atterrissage le ballon doit être maintenu par une équipe au sol, jusqu'à amarrage du nez de l'enveloppe à un mât.

L'objet de l'invention est d'améliorer la stabilité en lacet des ballons captifs, et en particulier des ballons dirigeables lorsqu'ils sont amarrés sur un câble, tout en limitant la surface de dérive. L'invention peut aussi s'appliquer aux avions et planeurs.

Selon l'invention, on utilise un système détecteur de l'angle de dérapage (incidence en lacet) de préférence à l'arrière du ballon. En effet, compte tenu de la longueur d'un ballon, les dérapages locaux lors d'un mouvement en lacet varient sur la longueur de l'appareil. On asservit, au dérapage ainsi mesuré, la commande d'une gouverne de direction à l'arrière de la dérive, pour orienter la carène dans le sens du vent détecté et ainsi annuler ce dérapage à l'arrière. Ce système simple de pilotage automatique procure l'équivalent d'une très grande dérive.

Des systèmes de pilotage automatique utilisant un détecteur de dérapage dans l'air sont connus dans le cas des bateaux à voile, pour assurer un cap faisant un angle donné avec la direction du vent relatif. Le détecteur est une girouette, qui oriente dans l'eau (donc dans un autre courant fluide) une pale auxiliaire commandant l'orientation du gouvernail.

Des systèmes a girouette (dans un même fluide) ont été proposés pour les avions pour limiter l'angle d'incidence de l'aile et éviter ainsi le décrochage. On n'a pas connaissance de systèmes à girouette arrière servant à limiter ou contrôleur l'angle de dérapage des aéronefs (avions ou ballons).

Le même dispositif procure aussi la stabilisation en lacet du vol libre d'un dirigeable à dérive relativement petite. Le pilote ajoute alors un décalage angulaire entre le détecteur et la gouverne, nul en vol rectiligne, et non nul pour imposer un virement, avec une orientation donnée du vent relatif sur l'arrière On obtient un vol à cadence de virement donnée, stable sans nécessiter les corrections habituelles contre les embardées.

L'invention peut s'appliquer aux avions et planeurs. Là aussi, I'asservissement accroît artificiellement la surface de dérive et de gouverne et procure un vol symétrique sans dérapage, dit "bille au milieu", facteur de sécurité et de performance.

L'asservissement peut être électrique, I'énergie étant fournie par accumulateur ou par éolienne. On peut aussi transmettre mécaniquement la position du détecteur à des gouvernes, comme pour les bateaux à voile, par l'intermédiaire d'un système amplificateur.

La présente invention fait l'objet des figures suivantes:
Fig 1- Arrière de ballon, avec une gouverne de direction asservie à une girouette,
Fig 2- Premier type d'asservissement mécanique,
Fig 3-. Deuxième type d'asservissement mécanique
La Figure 1 montre une carène fuselée 1 de ballon portant une cabine 2, des dérives verticales 3 au dessus et 3' au dessous, et une gouverne de direction 4 articulée derrière ces dérives. Une girouette 5 , équilibrée en masse autour de cet axe figuré vertical et détectant donc l'angle de dérapage, envoie un signal par exemple électrique vers la cabine 2. Dans cette cabine, le signal est traité pour envoyer un signal de commande d'orientation de la gouverne 4. Il peut s'agir d'une simple amplification du signal de dérapage, tendant à faire tourner le ballon pour annuler l'angle de girouette et le dérapage.

Dans le cas d'un ballon dirigeable, on superpose au signal de dérapage une commande en direction actionnée par le pilote, au moyen par exemple d'un palonnier ou d'un minimanche.

La girouette peut être de tout type connu.

La Figure 2 montre le système le plus simple pour l'asservissement mécanique, dans le cas d'un ballon captif qui doit seulement s'aligner dans le vent relatif. La girouette 6 est fixée sur un axe vertical placé à l'arrière de la gouverne et commande directement par cet axe un volet 7 dit "tab" dont l'action aérodynamique fait tourner le volet de gouverne 4 dans le sens désiré. Le volet de gouverne et le volet de tab sont équilibrés en inertie autour de leurs axes, et la gouverne est équilibrée aérodynamiquement dans la mesure convenable, par exemple par une partie avancée 8.

La Figure 3 montre une autre disposition de girouette avec amplification mécanique.

L'axe de la girouette 10 est proche de l'horizontale et levant vers l'avant, comme il est pratiqué pour les bateaux. Elle est stabilisée vers le haut par contrepoids. Elle s'écarte dans le sens du vent relatif et commande par une manivelle 11 une bielle 12 à déplacement vertical, qui attaque un renvoi d'angle 13 commandant par une manivelle 14 la rotation d'un volet'rab" 7. Le renvoi 13 est monté sur un levier 15 articulé sur la gouverne 4, commandé en rotation par un flexible 16 provenant de la cabine, ou par télécommande.

D'autres systèmes de girouettes ou de détecteurs d'angle de dérapage peuvent être utilisés, ainsi que tous systèmes de commande de la gouverne. L'expérimentation sur maquette d'un ballon captif en atmosphère turbulente a montré que l'asservissement proposé procure des réactions de gouverne qui limitent les oscillations en lacet.

L'invention est applicable à tous les ballons captifs (par exemple d'observation ou d'utilisation ludique), dont elle permet de limiter la surface de dérive, ainsi qu'aux ballons dirigeables pour leur donner une capacité de vol captif sans pilote, à l'attache sur un câble.

On cite l'utilisation d'un ballon captif attaché au dessus d'un hélicoptère par un câble à émerillon partant du sommet d'une tige de suspension non tournante dans l'axe du rotor.

Dans un tel "hélicostat", on accroît la force de soulèvement disponible avec l'hélicoptère seul, mais il est essentiel que le ballon s'oriente parfaitement dans le sens du vent relatif, pour ne pas perturber le vol.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pilotage automatique en lacet pour aéronef (1) muni d'une gouverne de direction (4) à l'arrière, caractérisé en ce que l'angle de commande de la gouverne est asservi à un angle mesuré de vent relatif (angle de dérapage), dans le sens de l'annulation du dérapage.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur (5) d'angle de dérapage placé à l'arrière de l'aéronef.
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'asservissement comporte raddition, à l'angle de dérapage, d'un angle fourni par une commande de direction en lacet.
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'asservissement est obtenu par des moyens électriques.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le détecteur d'incidence est une girouette (6 ou 10) liée mécaniquement à des volets de bord de fuite (7) sur la gouverne de direction de l'aéronef.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'aéronef est un ballon attaché par un câble au dessus de l'axe de rotor d'un hélicoptère