FR2680351A1 - Dispositif du type ornithoptere, a ailes battantes, utilisant la force musculaire humaine pour la propulsion. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif permettant le vol aérien en utilisant la force musculaire des jambes du pilote pour le décollage et la propulsion, et celle des bras pour le guidage et, dans une moindre mesure, pour la propulsion. Le dispositif est constitué par un habitacle (1), par deux ailes avant (2) solidaires de l'habitacle et assurant une partie de la sustentation, par deux ailes arrière (3) mobiles par rapport à l'habitacle, mues par les bras, pour le guidage, grâce à des palonniers (8) solidaires des ailes arrière, et par les jambes, pour la propulsion, grâce à un trapèze (7) relié aux ailes arrière. Enfin le dispositif comporte un empennage arrière (4) en forme de "V", non gouvernable, solidaire de l'habitacle et assurant la stabilité de vol du dispositif.

Description

La présente invention concerne un dispositif permettant le vol aérien de type "battu", et utilisant uniquement la force humaine pour le décollage, la propulsion et le guidage.

Pour accomplir le vol à propulsion humaine, en dehors du vol libre ou "plané" dévolu aux planeurs classiques, deltaplanes, parapentes et autres dispositifs, deux voies ont eté envisagées pour résoudre les problèmes posés par la sustentation, la propulsion et le guidage.

Une première solution est réalisée à l'heure actuelle. On peut citer comme exemple d'une telle solution, l'avion "Monarch B", développé au Massachussetts Institute of Technology of California, et on pourra consulter à ce sujet le numéro 99 de la revue "Scientific Américan", ou sa version française "Pour la Science".

Cette solution dérive de la technique de l'avion classique, avec de grandes ailes avant sustentatrices, solidaires de l'habitacle contenant le pilote, des gouvernes tridirectionnelles classiques à l'arrière ainsi qu'à l'extrémité des ailes, et une hélice de grand diamètre assurant la propulsion de l'engin en utilisant exclusivement la force musculaire des jambes du pilote, qui actionnent un pédalier classique. Les bras du pilote sont dévolus au guidage. Le décollage ainsi que l'atterrissage s'effectuent sur deux roues en tandem fixées sous l'habitacle.

Une deuxième voie consiste en l'imitation du vol de l'oiseau, donc en utilisant le vol de type "battu", et en vouant les râles sustentateur, propulsif, et évolutif (ou de guidage), à deux ailes seulement, mobiles par rapport à l'habitacle selon une cinématique plus ou moins compliquée. Ces ailes sont mues en général avec les bras, les jambes étant utilisées seulement pour assurer le décollage. D'autres systèmes utilisent aussi les jambes pour la propulsion mais souvent de façon incomplète et peu efficace. Ces tentatives se sont soldées jusqu'à nos jours par des échecs, au point que le vol musculaire de type "battu" est réputé irréalisable.

La solution proposée ici pour résoudre le problème du vol musculaire de type "battu", consiste à s'éloigner de l'imitation stricte du vol de l'oiseau et à opérer une répartition des râles sustentateur, propulsif et de guidage, différente de celles envisagées précédemment, répartition que nous décrirons plus loin en détail.

Le dispositif envisagé étant complexe et le nombre d'éléments constituants important, nous allons adopter pour les figures les conventions de numérotation et de représentation suivantes.

Les parties principales du dispositif seront numérotées par un seul chiffre . Deux parties, ou deux éléments constituants, symetri- ques par rapport à l'axe longitudinal du dispositif porteront le même numéro; il en sera de même pour les éléments de même type qu'on ne désire pas distinguer.

Les éléments constituants de chaque partie seront désignés par un numéro, avec pour premier chiffre celui de la partie en question. Ce chiffre sera suivi d'un nombre pair (sauf zéro, dix, etc..) s'il s' agit d'une barre, et d'un nombre impair pour les cables et les tendeurs élastiques. Si un élément appartient à plusieurs parties différentes, on choisit comme premier chiffre, celui de l'une des parties correspondantes, sans convention particulière.

Sur les figures on représente les barres par un trait épais ou par un double trait, les cables par un trait fin, et les tendeurs élastiques par un trait fin légèrement ondulé.

Enfin il y a deux sortes de points remarquables; d'abord les rotules qui joignent deux éléments en leur laissant une certaine liberté de rotation; ensuite les points de jonction entre éléments, qui fixent plusieurs éléments entre eux; enfin des points particuliers qui sont partie constituante d'un seul élément.

On désigne ces points par un numéro dont le premier chiffre est celui d'une des parties du dispositif à laquelle ils appartiennent; on fera suivre ce chiffre d'un zéro; puis d'un nombre pair (sauf zéro, dix, etc..) s'il s'agit d'une rotule, et d'un nombre impair pour tout autre point. Sur les figures on représente les rotules par un petit cercle ou un petit disque, et les autres points, si besoin est, par un petit croisillon.

La description du dispositif se fera en supposant que l'assiette de l'ornithoptère est horizontale. On donne ci-après la liste des chiffres désignant les différentes parties du dispositif:
- habitacle : 1
- ailes avant : 2
- ailes arrière : 3
- empennage : 4
- pylône central de haubanage : 5
- supports d'aile arrière : 6
- trapèze : 7
- palonniers : 8
- patins : 9
Les figures annexées illustrent l'invention.

La figure 1 représente une vue générale de 3/4 arrière d'un mode de réalisation possible du dispositif selon l'invention. Seules sont representées les ailes avant (2) et arrière (3) gauches; de même certains des haubans ne sont pas representés.

La figure 2 représente une vue générale de dessus du dispositif avec les mêmes conventions.

La figure 3 représente une vue générale de côté du dispositif selon l'invention, ou seul l'aileron gauche de l'empennage (4) est représenté, et où seules les traces des ailes avant (2) et arrière (3), sur un plan vertical parallèle à l'axe du dispositif, sont représentées.

La figure 4 représente une vue de 3/4 arrière de l'habitacle (1), de l'empennage (4), du pylône central de haubanage (5), du trapèze (7) du support d'aile arrière gauche (6) et d'une partie des longerons (32) d'aile arrière (3).

La figure 5 représente la structure d'une aile avant (2), selon l'un des modes de réalisation possible du dispositif selon l'invention ainsi que son système de haubanage.

La figure 6 représente la structure d'une aile arrière (3), selon l'un des modes de réalisation possible selon l'invention, ainsi que son système de haubanage interne et externe. Elle représente aussi le système d'articulation de l'aile arrière (3) sur l'habitacle (1) au moyen de son longeron (32) et du support d'aile arrière (6) correspondant.

La figure 7 représente une vue de 3/4 arrière du système de propulsion et de guidage, système formé par le trapèze (7) et son haubanage, la partie arrière de l'habitacle (1), les supports d'aile arriè re (6), une partie des longerons (32) d'aile arrière, et le palonnier gauche (8). Les deux doubles flèches, à l'extrémité des longerons (32)
indiquent le sens du mouvement vers l'arrière des ailes arrière (3) sous l'action du mouvement vers l'arrière du trapèze (7), mouvement impulsé par la détente des jambes du pilote et indiqué par la double flèche du milieu.

La figure 8 représente la vue de côté du pilote, dont les jambes actionnent le trapèze (7), et les bras les palonniers (8), ceci lorsque les ailes arrière (3) sont en position intermédiaire entre leur position la plus avancée et leur position la plus reculée.

Les figures 9, 10, 11, et 12 représentent les phases successives d'un épisode propulsif. On commentera ces figures lors de la description du fonctionnement du dispositif.

On aborde maintenant la description détaillee du dispositif selon l'invention, et plus particulièrement celle d'un mode de réalisation possible de ce dispositif. D'autres modes de réalisation possible de ce dispositif seront exposés.

Le dispositif selon l'invention est constitué d'abord par un habitacle (1) logeant le pilote, dont le torse est solidarisé à cet habitacle au moyen d'epaulettes et de sangles non représentees sur les figures. La figure 8 montre que les bras et les jambes du pilote restent libres par rapport à cet habitacle, les bras actionnant les palonniers (8), dont les poignées (86) sont tenues par les mains, et les jambes actionnant le trapèze (7) sur lequel reposent les pieds. le pilote est en position ventrale allongée, voisine de l'horizontale, la tête étant dirigée vers l'avant de l'habitacle (1) et surélevée par rapport au corps comme le montrent les figures 8 à 12.

Dans un mode de réalisation possible selon l'invention, l'habitacle (1) est un système de barres, triangulé, composé d'abord d'un mât supérieur longitudinal (12) de 5m environ, dont seuls les deux premiers mètres appartiennent à l'habitacle proprement dit; les 3m suivants font partie de l'empennage arrière (4). On appelle 11mât" une barre de forte résistance. L'habitacle (1) comprend ensuite deux mâts inférieurs arrière (16) qu'on appellera les montants arrière de l'ha bitacle, deux mâts inférieurs avant (18), une barre transversale arrière (112) reliant les montants arrière (16), et deux barres (114) formant un croisillon et rigidifiant le plan arrière de l'habitacle.

Ce plan arrière de l'habitacle fait un certain angle avec le plan vertical (environ 20 à titre d'exemple non limitatif), le bas de ce plan allant vers l'avant de l'habitacle. Cet angle, ainsi que la présence du croisillon formé par les barres (114), ont le double but de permettre le libre mouvement des jambes du pilote lors des phases de décollage et de propulsion, et de donner au mouvement de va-et-vient des ailes arrière (3) une composante verticale telle que les ailes arrière (3) s'abaissent lorsqu'elles vont d'avant en arrière.

Les barres (116), (118), (122), (124), (126) et (128) complètent la structure de l'habitacle avec les rôles suivants:
- les barres (112), (116), (118), (122) et (124) sont destinées
à fixer le torse du pilote sur l'habitacle (1)
- les barres (118), (126) et (128) permettent la fixation sur 1'
habitacle (1) de l'avant des patins de décollage (9).

L'arrière de chaque patin (9) est fixée sur l'extrêmité inférieure (103) du montant arrière (16) correspondant.

Enfin deux cables (11) triangulent le rectangle formé par les barres (18), (126) et (128). Dans un autre mode de réalisation possible, non représenté, on peut remplacer la barre (128) et les deux cables (11) par deux barres ayant la même disposition que les barres (114).

A titre indicatif non limitatif, et pour le mode de réalisation envisagé, on donne les longueurs approximatives suivantes ; 120cm pour les montants arrière (16); 45cm pour la barre (112); 70cm pour la distance entre le point de jonction (101) des montants (16) et le point de jonction (107) de la barre (112) avec l'un des montants (16); 40cm pour la distance entre les points (107) et (109) sur les barres (122).

Tous les haubans inférieurs des ailes avant (2), des ailes arrière (3) et de l'empennage (4), passent par les extrémités inférieures (103) des montants arrière (16) de l'habitacle et viennent s'amarrer sur les barres (114) au voisinage de leur point de jonction (105). Ce type d'amarrage permet de ne pas solliciter excessivement les montants (16) à l'écartement, tout en laissant libre le passage des jambes du pilote.

L'habitacle (1) est surmonté d'un pylône (5), composé de deux mâts (52) et (54) de longueurs inégales, le mât avant (52) étant plus court que le mât arrière (54) de façon à déporter vers l'avant leur point de jonction (501). Les extrémités inférieures de ces mâts sont fixées par des rotules (502) et (504) à l'avant et à l'arrière de la partie du mât (12) qui fait partie de l'habitacle (1).

Dans un autre mode de réalisation possible, non représenté, du pylône central de haubanage (5), on pourra disposer un seul mât, incline vers l'avant, dont l'extrémité inférieure est articulée sur le point de jonction entre le mât (12) et les barres (124) et (126), et dont l'ex trématé supérieure est reliée par deux haubans à l'avant et à l'arrière de la partie du mât (12) qui fait partie de l'habitacle (1).

Tous les haubans supérieurs des ailes avant (2) et de l'empennage (4) viennent s'amarrer au sommet (501) du pylône central de haubanage (5).

Le dernier point de haubanage sur l'habitacle (1), est l'extrémité arrière (101) de la partie du mât (12) qui fait partie de l'habitacle; en ce point (101) viennent s'amarrer les haubans supérieurs des ailes arrière (3). Nous verrons plus loin deux variantes du système de haubanage des ailes arrière (3).

Enfin l'habitacle (1) est monté sur deux patins (9), permettant ainsi le décollage par la seule poussée exercee sur le sol par les jambes du pilote, l'assiette de l'ornithoptère étant assurée par les patins (9). Le pilote n'a donc pas à supporter le poids de l'ornithoptère lors de la prise d'élan nécessaire au décollage.

Le dispositif selon l'invention comprend également deux ailes avant (2), solidarisées à l'habitacle (1) par jonction de leurs longerons avant et arrière (22) et (24) avec la partie du mât (12) qui fait partie de l'habitacle, et également au moyen de haubans supérieurs et inférieurs (25) qui relient :
- les extrémités inférieures (103) des montants arrière (16) de
l'habitacle (1)
- les points de jonction (201) des nervures principales (26) et
(28) des ailes avant (2) avec les longerons (22) et (24) de ces
ailes.

- les extrémités (203) des ailes avant (2)
- le sommet (501) du pylône central de haubanage (5).

Afin de mieux répartir les efforts, les haubans inférieurs passent par les points (103) et vont s'amarrer aux barres (114) au voisinage de leur point de jonction (105).

Enfin un système de tendeurs, non représentés sur les figures, permet de régler la tension de certains cables, les cables inférieurs par exemple.

Les deux ailes avant (2) assurent une partie de la sustentation, cette proportion étant fonction des caractéristiques évolutives dési- rées de l'ornithoptère; à titre d'exemple non limitatif on a choisi pour le mode de réalisation selon l'invention décrit ici, un peu moins
2 des 2/3 de la surface portante totale de l'ornithoptère, soit 12m environ. Mais à la limite, il pourra être envisagé, dans un but acrobatique et avec un mode de réalisation sophistiqué, une absence totale des ailes avant; dans un tel mode de réalisation, le dessin de l'habitacle (1), de l'empennage (4) et des ailes arrière (3) reste sensiblement le même, à l'exception du pylône central de haubanage (5) qui disparaît.

Dans le mode de réalisation possible du disposif selon l'invention, que nous décrivons, les ailes avant (2) sont en légère flèche vers l'arrière avec les deux nervures principales (28) prolongées vers l'arrière de l'aile, ceci afin de repousser au maximum vers l'arrière le centre de poussée. Un cable (21) court de l'extrémité arrière de la nervure principale (26) à l'extrémité (203) de l'aile avant, en passant par les extrémités arrière des nervures principales (28). Ce cable (21) constitue le bord de fuite de l'aile avant (2), sur la partie de l'aile avant comprise entre la nervure (26) et l'extrémité (203) de l'aile.

La figure 5 montre que chaque aile avant (2) possède deux longerons: un longeron avant (22) et un longeron arrière (24). Dans le mode réalisation possible du dispositif selon l'invention, décrit ici, le longeron (22) constitue le bord d'attaque de l'aile avant (2). Les ailes avant (2) sont triangulées dans leur plan par des cables (23) tendus en croix entre les points (201) situés sur deux nervures principales consécutives. Les nervures secondaires (212) ne servent qu'à tendre l'entoilage des ailes. Les ailes avant (2) ainsi décrites sont à profil mince, et nous verrons plus loin leur mode d'entoilage.

Les ailes avant (2) dessinent également un leger "V" vers le haut pour permettre aux ailes arrière (3) d'empiéter sur l'espace occupé par les ailes avant, en se logeant en partie dessous, ceci afin d'augmenter l'amplitude du mouvement des ailes arrière (3).

Selon que les ailes avant (2) sont à profil mince ou épais, modes de réalisation possible que nous verrons plus loin, on haubanera totalement les ailes avant comme indiqué sur la figure 5, ou partiellement
Dans le prolongement arrière de l'habitacle (1), on dipose un empennage (4) en forte flèche vers l'arrière et en "V" trés accentué vers le haut, avec une incidence positive fixe. Cet empennage (4), non gouvernable, a pour fonction de repousser vers l'arrière le centre de poussée global de ltornithoptère et de stabiliser les mouvements de l' engin lors des phases de décollage, de vol battu, de vol évolutif et de vol stationnaire. A titre indicatif non limitatif, un tel empennage (4), dont suit une description détaillée, pourra avoir une surface de
2 1,5m environ.

Dans un mode de réalisation possible selon l'invention,l'empenna- ge (4) est constitué par deux barres (42), de 3m de longueur environ, joignant les points (107) situés sur les montants arrière (16) à la jonction avec la barre (112), au point (401) situé sur le prolongement arrière du mât (12) à environ 1,5m en arrière du point supérieur arrière (101) de l'habitacle (1).

La partie de ces barres (42) située entre les points (107) et (401) sert à rigidifier la partie du mât (12) comprise entre les points (101) et (401). Les barres (42) ont leurs extrémités (403) reliées par une barre horizontale (44) qui les écarte et donne une flèche assez accentuée à la partie de ces barres (42) situee entre leur point de jonction (401) et leurs extrémités (403).

Deux haubans inférieurs (43) relient l'extrémité arrière (405) du mât (12) aux extrémités inférieures (103) des montants arrière (16) de l'habitacle. Ces haubans (43) sont tendus de façon à donner à la partie arrière du mât (12), située entre les points (401) et (405), une légère flèche vers le bas.

Trois haubans supérieurs relient le sommet (501) du pylône central de haubanage (5) aux extrémités (403) et (405) des barres (42) et du mât (12). respectivement. Ces trois haubans servent à limiter l'amplitude des débattements de l'empennage (4) lors des phases évolutives rapides du vol.

Deux cables (41) relient les points (403) et le point (401). Ces cables constituent les bords de fuite des deux ailerons composant 1' empennage (4). Les bords d'attaque de ces ailerons sont les parties des barres (42) situées entre leur point de jonction (401) et leurs extrémités (403). Enfin la partie du mât (12) comprise entre le point (401) et son extrémité arrière (405) constitue la nervure centrale de l'empennage (4).

Les flèches imposées aux barres (42) et à la partie arrière du mât (12), ont la double fonction d'augmenter la surface de l'empennage (4) et d'assurer une incidence positive fixe à cet empennage.

Enfin le dispositif selon l'invention, comporte deux ailes arrière (3), ayant deux degrés de liberté chacune par rapport à l'habitacle (1). Ces ailes arrière assurent, selon l'invention, la propulsion, le guidage,et une partie de la sustentation. A titre indicatif non limitatif, on pourra adopter pour chaque aile arrière (3), une surface de 2 environ.

3,5m
La figure 6 montre l'un des modes de réalisation possible selon l'invention, de la structure d'une aile arrière (3) avec le palonnier (8) qui lui est attaché; cette figure montre aussi le système de fixation de l'aile arrière (3) sur l'habitacle (1) au moyen du support d' aile arrière (6).

Dans un tel mode de réalisation, chaque aile arrière (3) comporte un longeron central (32) de 3m de longueur environ, deux nervures principales (34) et (36) parallèles,fixées en oblique sur le longeron (32), au quart avant approximativement de ces nervures (34) et (36). Cette obliquité est nécessaire, dans notre mode de réalisation, pour obtenir une fixation simple et solide des palonniers (8) sur les ailes arrière (3), les poignées (86) de ces palonniers (8) devant se trouver dans le domaine d'efficience des bras du pilote.

Le point de jonction (303) de la première nervure principale (34) avec le longeron (32) est situé, dans le mode de réalisation décrit ici, à 0,7m environ de l'extrémité du longeron (32), qui vient s'articuler, au moyen de la rotule (102), sur le montant arrière correspondant (16) au voisinage de son extrémité supérieure (101). On appellera emplanture de l'aile cette extrémités du longeron (32).

La deuxième nervure principale (36) est fixée sur le longeron (32) à mi-distance à peu pres de la première nervure principale (34) et de l'autre extrémité (307) du longeron (32), qui est l'extrémité de l'aile arrière (3). Le point (305) est le point de jonction entre le longeron (32) et la nervure (36).

Un cable (31) forme le cerclage horizontal de l'aile arrière (3).

Ce cable (31) relie
- l'extrémité (307) de l'aile arrière
- les extrémités des nervures principales (34) et (36)
- le point (301) situé sur le longeron (32) au voisinage de l'emplanture (102) de l'aile arrière (3).

Un mât de haubanage (38), de direction à peu prés orthogonale au plan de l'aile arrière (3), est fixé, au voisinage de son milieu,au point de jonction (303) du longeron (32) avec la première nervure principale (34). Le haubanage d'une aile arrière se compose, selon le mode de réalisation possible que nous décrivons, d'un haubanage interne et d'un haubanage externe. D'autres types de de haubanages possibles seront décrits plus loin.

Le haubanage interne d'une aile arrière (3) est constitué de haubans supérieurs et de haubans inférieurs (33) qui relient
- les deux extrémités du mât de haubanage (38) de l'aile arrière
- les points (301), (305) et (307) situés sur le longeron (32)
- les extrémités des nervures principales (34) et (36).

Certaines parties du cerclage (31) et certains des haubans (33) comportent des tendeurs, non représentés sur les figures. Les nervures secondaires (312) ne servent qu'à tendre l'entoilage des ailes arrière.

La structure des ailes arrière (3) ainsi décrite est à profil mince.

Pour articuler une aile arrière (3) sur l'habitacle (1), on assemble le longeron (32) de l'aile arrière avec le montant arrière corres pondant (16) de l'habitacle, au moyen de la rotule (102) située au voi sinage de l'extrémité supérieure (101) du montant arrière. Une barre (6) très résistante appelée support d'aile arrière, relie le longeron (32) au même montant arrière (16) au moyen de deux rotules (302) et (104) respectivement, la rotule (104) étant voisine de l'extrémité in férieure (103) du montant arrière (16), et la rotule (302) étant trés voisine du point de jonction (303) situé sur le longeron (32) de l'aile arrière.

L'articulation de l'aile arrière (3) sur l'habitacle (1) est théoriquement assurée, mais afin de ne pas solliciter excessivement les-rotules (102), (104) et (302) lors des épisodes rapides de vol battu ou évolutif, on dispose un haubanage externe reliant les ailes arrière (3) à l'habitacle (1). Dans le mode de réalisation possible décrit ici, le haubanage externe d'une aile arrière (3) se compose
- d'un hauban inférieur (35) reliant l'extrémité (307) de l'aile
arrière, à l'extrémité inférieure (103) du montant arrière (16)
de l'habitacle, la longueur de la partie inférieure du mât (38)
devant être suffisamment courte pour ne pas venir heurter le hau
ban inférieur (35)
- d'un hauban supérieur (37) reliant l'extrémité supérieure du mât
de haubanage (38) au point supérieur arrière (101) de l'habitacle.

On définit ainsi un haubanage de l'aile arrière (3) sur l'habitacle (1), compatible avec les mouvements de l'aile arrière par rapport à l'habitacle. La figure 6 montre la disposition, selon l'invention, du support d'aile (6) ainsi que celle des haubans extérieurs (35) et (37).

Une première variante, non représentée sur les figures, du haubanage des ailes arrière (3) peut être décrite comme suit; on suppose que 1' aile arrière garde la même structure que celle décrite précédemment; on prolonge les mâts arrière (16) de l'habitacle vers le haut. Un cable relie les extrémités superieures de ces mâts. De chaque extrémité supérieure d'un mât arrière (16), partent deux haubans qui vont s'amarrer respectivement
- au sommet (501) du pylône central de haubanage
- au point de jonction (201) de la première nervure principale (26)
de l'aile avant, qui est du côté opposé à l'aile arrière considé
rée par rapport à l'habitacle, avec le longeron arrière (24) de
cette aile avant.

Le hauban inférieur (35) ne change pas. Le hauban supérieur (37)est remplacé par un hauban qui relie l'extrémité (307) de l'aile arrière considérée, à l'extrémité supérieure du mât arrière (16) correspondant. Il faut alors que la partie supérieure du mât arrière (16) soit suffisamment longue, pour que l'extrémité supérieure du mât de haubanage (38) ne vienne pas heurter le hauban supérieur modifié.

On voit que cette variante du haubanage externe de l'aile arrière nécessite la présence des ailes avant (2) ainsi que du pylône central de haubanage (5). En cas d'absence de ces parties du dispositif, il faut, dans cette variante du mode de haubanage, trianguler la partie supérieure des montants arrière (16) sur l'habitacle (1) avec des barres et non des haubans. Le haubanage externe des ailes arrière (3), qui deviennent alors les seules ailes du dispositif, reste le même que celui décrit précédemment.

Naturellement,dans ces variantes, les deux haubans supérieurs modifiés des ailes arrière (3) se croisent et butent contre la partie supérieure des montants arrière (16) lorsque les ailes arrière vont vers 1' avant. Mais ceci n'est pas gênant, car le mouvement des ailes arrière (3) se produit d'avant en arrière à partir de la position alignée de ces ailes, position qui est la position la plus avancée de ces ailes, compte tenu de leur butée sur le bord de fuite des ailes avant (2).

Une deuxième variante, non représentée sur les figures, du haubanage des ailes arrière (3) peut être décrite comme suit; on suppose que les ailes arrière ont maintenant une structure semi-rigide à profil épais, qu'on décrira ultérieurement. Ce type de structure permet de supprimer le mât de haubanage (38) de ces ailes arrière, ainsi que tous les haubans internes (33). On garde le hauban externe inferieur (35); le hauban externe supérieur (37) disparaît, à moins qu'il ne s'agisse d'un hauban modifie s'accrochant à l'extrémité du mât (16) prolongé vers le haut, comme décrit dans la première variante. On dispose alors un deuxième support d'aile arrière entre la rotule (104) et une rotule placée au point de jonction (305) du longeron (32) avec la deuxième nervure principale (36).On peut disposer ce deuxième support entre les points (107) et (305); les deux supports sont alors liés en leur point commun.

Tous ces types de haubanage sont compatibles avec les deux degrés de liberté des ailes arrière (3) par rapport à l'habitacle, à la pré caution prés signalée à la fin de la description de la première variante de haubanage des ailes arrière.

Les deux degres de liberté d'une aile arrière (3), par rapport à 1' habitacle (1), sont autorisés par les trois rotules non alignées (102), (104) et (302). On rappelle que les rotules (102) et (104) sont situées au voisinage des extrémités du montant arrière (16) correspondant à cette ailes arrière, et que la rotule (302) est très voisine du point de jonction (303) du longeron (32) de l'aile arrière avec sa première nervure principale (34). Ces emplacements sont choisis pour ne pas solliciter excessivement à la flexion, les montants arrière (16) de l'habitacle, ainsi que les longerons (32) des ailes arrière.

La distance entre les rotules (102) et (302) qui est égale à 0,7m environ, dans le mode de réalisation possible selon l'invention décrit ici, a été choisie pour des raisons de compatibilité entre l'amplitude désirée du mouvement des ailes arrière (3) et la morphologie du corps humain, et en particulier le fait que l'amplitude maximale de détente des jambes est voisine de 0,6m. Selon les caractéristiques désirées pour 1' ornithoptère, cette distance entre les rotules (102) et (302) sera comprise en fait entre 0,4m et lm.

L'ensemble des trois rotules (102), (104) et (302), du longeron (32) et du support d'aile arrière (6), tous situes du même côté de l'habitacle
équivaut à deux liaisons rotoîdes d'axes concourants, non exactement orthogonaux, à savoir
- comme premier axe de rotation, la droite joignant les rotules
(102) et (104), c'est à dire sensiblement l'axe du montant arrière
(16) correspondant à l'aile arrière considérée
- comme deuxième axe, la droite joignant les rotules (102) et (302),
c'est à dire sensiblementl'axe du longeron (32) de l'aile arrière
considérée.

Le premier degré de liberté d'une aile arrière (3) par rapport à I' habitacle, est donc la rotation de cette aile autour du premier axe de rotation c'est à dire autour de l'axe du montant arrière (16) correspondant. Cette rotation engendre un mouvement d'avant en arrière de l'aile arrière. Ce premier axe de rotation n'étant pas vertical (on rappelle que l'assiette de l'ornithoptère est supposee horizontale), mais oblique sur la verticale, la rotule (104) étant située, vis à vis de la verticale passant par le point (102), du côté de l'aile arrière correspondante et dans une moindre mesure vers l'avant de l'habitacle, le mouvement d'avant en arrière de l'aile arrière (3) possède aussi une composante verticale nettement plus faible que sa composante horizontale, l'aile arrière al- lant de haut en bas lorsqu'elle va d'avant en arrière.

Ce mouvement d'avant en arrière et dans une moindre mesure de haut en bas, est provoqué par la détente des jambes du pilote qui poussent sur le trapèze (7).

Ce trapèze (7) est composé de deux barres parallèles (72) et (74) situées à 15cm environ l'une de l'autre; la barre (72) est située derrière la barre (74); les pieds du pilote poussent sur la barre (72) et ses chevilles reposent sur la barre (74), comme le montre la figure 8.

Le mouvement des jambes du pilote est transmis aux ailes arrière (3) par deux cables (71) attachés aux extrémités de la barre (72), passant par les extrémités de la barre (74), et venant s'amarrer sur les longerons (32) au voisinage des points (303).

Ce trapéze est haubané par deux suspentes (73) allant, d'un point (701) situé sur la partie arrière du mât longitudinal superieur (12) de l'habitacle (1) entre les points (101) et (401), aux extrémités de la barre (72). Ces suspentes sont destinées à soutenir les jambes du pilote et à garder à chaque cable (71) une direction voisine de la tangente à la trajectoire de la rotule (302) correspondante, lors du mouvement des ailes arrière (3). Les pieds du pilote restent alors sensiblement dans le prolongement du corps, ce qui est une condition d'efficience correcte des jambes.

Enfin deux tendeurs élastiques (75) relient les extrémités de la barre (72) aux extrémités inférieures (103) correspondantes des montants arrière (16) de l'habitacle. Le choix de l'emplacement du point (701) et l'existence de ces tendeurs élastiques (75J, assurent au trapèze (7), en l'absence de sollicitations, une position stable dans l'espace, ceci pour les positions des ailes arrière voisines de la position la plus avancée de ces ailes; les cables (71) sont tendus dans cette position stable du trapèze (7), ce qui donne au plan défini par les barres (72) et (74) une direction proche de l'horizontale. Le pilote peut ainsi caler rapidement ses pieds sur le trapèze (7) juste après la phase de décollage, de façon à pouvoir exécuter immédiatement un épisode propulsif.

Le deuxième degré de liberté d'une aile arrière (3) par rapport à l' habitacle (1), est la rotation de l'aile arrière autour du deuxième axe c'est à dire autour de l'axe du longeron (32) de cette aile. Ce mouvement de rotation, qui provoque une variation d'incidence de l'aile arrière considérée, est contrôlé par le bras correspondant du pilote agissant sur le palonnier (8) lié à cette aile arrière, comme le montrent les figures 1, 2 et 3, ainsi que les figures 8 à 12.

Selon un mode de réalisation possible selon l'invention, du dispositif décrit ici, chaque palonnier (8) est constitué de deux barres (82) et (84) fixées sur l'aile arrière (3) correspondante, en deux points chacune;
La barre supérieure (82) est fixée sur la partie supérieure du mât de haubanage (38) de l'aile arrière, le plus près possible de l'extrémité superieure de ce mât (38), ainsi que sur la partie avant de la première nervure principale (34) de l'aile arrière, le plus pres possible de son extremite avant.La barre inférieure (84) est fixée sur la partie inferieure du mât de haubanage (38), le plus près possible de l'extrémité inférieure de ce mât, ainsi que sur la partie arrière de la première ner vure principale (34) de l'aile arrière, le plus pres possible de son ex trémité arrière.

Ces deux barres (82) et (84) se joignent en un point (801) et le dépassement de la barre inférieure (84) forme la poignée (86) du palonnier, poigne tenue en main par le pilote. Le choix de la longueur des barres (82) et (84), de l'emplacement des points de fixation de ces barres, de l'obliquité de la première nervure principale (34) vis-à-vis du longeron (32), ainsi que le choix de la direction du mât de haubanage (38) non exactement orthogonale au plan de l'aile arrière, sont effectués de façon à ce que, pour toutes les configurations possibles de l'aile arrière par rapport à l'habitacle, tant en position d'avant en arrière qu'en incidence, soient réalisées les conditions suivantes
- le palonnier (8) et en particulier la poignée (86) de ce palonnier
peuvent évoluer librement entre le support d'aile arrière (6) cor
respondant et les éléments de l'habitacle situes du même côté, en
particulier le montant arrière (16)
- la poigne (86) du palonnier doit rester dans le domaine d'effi
cience du bras correspondant du pilote
- le support d'aile arrière (6) correspondant ne doit pas être
gêne par les trois haubans inférieurs (33) de l'aile arrière
les plus proches de l'habitacle, qui font partie du haubanage in
terne de l'aile arrière, dans le mode de réalisation décrit ici.

De même l'ensemble des configurations possibles des ailes arrière (3) provoquées par le mouvement du trapèze (7) et des palonniers (8), et en particulier les positions critiques de l'aile arrière qui- sont les positions les plus reculées par rapport à l'habitacle, doivent être compatibles avec la présence de l'empennage (4) et de ses haubans supérieurs et inférieurs (43), (45) et (47), ainsi qu'avec la présence du trapèze.(7)
On peut énumérer les conditions de cette compatibilité, comme suit
- les extrémités arrière des premières nervures principales (34) des
ailes arrière ne doivent en aucun cas venir heurter les bords d'
attaque (42), les haubans supérieurs (45) et (47), et les haubans
inférieurs (43), de l'empennage arrière (4)
- il faut éviter que le trapèze (7),au cours de son mouvement, ne
vienne toucher les haubans inférieurs (43) de l'empennage (4),
ainsi que la partie du cerclage (31) des ailes arrière (3), qui
joint l'emplanture de l'aile arrière à l'extrémité arrière de la
première nervure principale (34) de cette aile arrière
- enfin le trapèze (7) ne doit pas venir toucher, au cours de son
mouvement, les trois haubans inférieurs (33) d'aile arrière, qui
joignent l'extrémité inférieure du mât de haubanage (38) aux ex
trémités de la première nervure principale (34) ainsi qu'à l'em
planture de l'aile arrière (3).

Cette compatibilité est réalisée par un choix convenable :
- de la largeur du trapèze (7)
- de l'emplacement du point d'attache (701) des suspentes (73) du
trapèze, point situé sur la partie arrière du mât supérieur (12)
de l'habitacle
- de la longueur de ces suspentes (73)
- de l'emplacement, au voisinage des points (303), des point d'atta
che des cables (71) reliant les extrémités des barres du trapèze
aux longerons (32) des ailes arrière.

Enfin, en l'absence de sollicitations, un système de tendeurs élastiques, non représenté sur les figures, maintient (ou ramène) les ailes arrière (3) dans leur position la plus avancée, c'est à dire contre le bord de fuite des ailes avant (2), et maintient (ou ramène) l'incidence des ailes arrière (3) à une valeur légèrement positive, tout ceci dans le triple but
- de favoriser le décollage de l'ornithoptère, en évitant que les
extrémités des ailes arrière ne heurtent le sol
- de placer les ailes arrière (3) et le trapèze (7) dans la position
initiale de la phase "aller" d'un épisode propulsif, dans lequel
les ailes arrière vont d'avant en arrière
- enfin de favoriser le retour des ailes arrière (3) à leur position
la plus avancée, ce qui constitue la phase "retour" d'un épisode
propulsif complet.

Un épisode propulsif est une combinaison des deux types de mouvement décrits precédemment, c'est à dire ceux engendrés par la poussée des jambes du pilote sur le trapèze (7), qui donnent les mouvements d'avant en arrière des ailes arrière (3), et ceux engendrés par la traction ou la poussée des bras du pilote sur les palonniers (8), qui provoquent respectivement l'augmentation ou la diminution de l'incidence des ailes arrière.

Pour décrire un épisode propulsif, nous allons commenter les figures 9 à 12, qui décrivent les différentes phases d'un tel épisode.

La figure 9 représente le début d'un épisode propulsif : les ailes arrière (3) partent de leur position la plus avancée avec une incidence initiale positive (10" par exemple). Cette première phase consiste en un passage rapide de cette incidence positive initiale des ailes arrière à leur incidence négative maximale (-30 par exemple); ce passage s'effectue au moyen d'une forte poussée des bras du pilote sur les palonniers (8), les bras passant d'une position fléchie à la position tendue. Simultanément les jambes du pilote entament leur poussée sur le trapèze (7), provoquant ainsi le recul des ailes arrière (3).

La figure 10 représente la phase de poussée des jambes du pilote sur le trapèze,avec le maintien de l'incidence à sa valeur négative maximale ce qui correspond à la position tendue des bras du pilote.

La figure 11 représente la phase finale de la poussée des jambes du pilote qui finissent par atteindre la position tendue, avec simultanement une variation trés rapide de l'incidence des ailes arrière, qui passent de leur incidence négative maximale à leur incidence positive initiale, par exemple de -30" à 10", ce qui provoque un phénomène de fouettement analogue à celui observé dans le vol des oiseaux. Cette variation très rapide de l'incidence est provoquée par la tres forte traction des bras du pilote sur les palonniers (8).

Ces trois premières phases décrites ci-dessus sont propulsives et sustentatrices.

La figure 12 représente la phase de retour des ailes arrière (3) à leur position la plus avancée, avec maintien de l'incidence positive obtenue à la fin du phénomène de fouettement. Ce retour des ailes arrière à leur position avancée, qui constitue la phase sustentatrice mais non propulsive d'un épisode propulsif, est obtenu grâce à l'action des bras du pilote qui tirent sur les palonniers (8) pour les ramener vers l'avant
ainsi que grâce à l'action du système de tendeurs élastiques cité plus haut, mais non représenté sur les figures.

Pour les épisodes de vol stationnaire, on adopte pour les ailes ar
rière (3) une position intermédiaire appropriée entre la position la plus
avancée et la position la plus reculée de ces ailes, et on maintient 1'
assiette de l'ornithoptère en contrôlant l'incidence des ailes arrière
avec les bras,au moyen des palonniers (8).

Enfin les épisodes évolutifs sont obtenus par action des bras du pi
lote sur les palonniers (8). Pour effectuer par exemple un virage à droi-
te, on place les ailes arrière en position avancée puis on agit de façon
dissymétrique sur les palonniers, en tirant sur le palonnier gauche et en poussant sur le palonnier droit, ce qui incline l'appareil sur la droite.

On pousse alors sur le trapèze (7) avec les jambes, pour amener les ailes
arrière en position intermédiaire; puis on pousse sur les deux palonniers
de façon symétrique pour effectuer le virage. On sort du virage en effec
tuant la manoeuvre inverse de celle qui a débuté cette évolution, jusqu'à
retrouver à nouveau une assiette horizontale. On remarque que le mouve
ment dissymétrique des palonniers est le plus efficace lorsque les ailes
arrière sont en position avancée, et le mouvement symétrique efficace
lorsque ces ailes arrière sont en position intermédiaire.

De façon générale, dans tout mode de réalisation possible du dispo
sitif selon l'invention, les superficies relatives des ailes avant (2), des ailes arrière (3) et de l'empennage (4), ainsi que leur agencement relatif, doivent être tels que coincident, au moins sur une certaine plage autour de la configuration du dispositif correspondant au vol stationnaire, le centre de gravité global (variant avec le mouvement des bras et des jambes du pilote), avec le centre de portance global (variant avec la position des ailes arrière et leur incidence).

Parmi les modes de réalisation possibles,d'un tel dispositif selon l'invention, on peut envisager les variantes suivantes.

Une première réalisation peut s'effectuer sous forme de treillis mixte barres-cables pour la structure de l'habitacle, comme il a été décrit précédemment. On peut envisager une variante pour la fixation des patins (9) sur l'habitacle, de la façon suivante : on supprime les barres (126) et (128); on prolonge vers le bas, audelà du point (103), les montants arrière (16) et les barres (18); les patins sont alors fixés sur les extrémités de ces prolongements.

Dans le mode de réalisation en treillis, les ailes avant et arrière sont à profil mince, et on peut adopter pour l'entoilage de ces ailes un recouvrement par panneaux. Chaque panneau est amarré latéralement sur deux nervures principales consécutives; il est attaché au bord de fuite1 passe sur l'extrados de l'aile (avant ou arrière), s'enroule autour du bord d'attaque, qui est le longeron (22) pour une aile avant (2) ou le cable (31) pour une aile arrière (3), et revient sur l'intrados pour venir s'amarrer sur le longeron arrière (24) pour une aile avant (2) ou sur le longeron (32) pour une aile arrière (3).

La rigidité d'un tel dispositif est assurée par le système des haubans, cables et tendeurs déjà décrits.

Une deuxième réalisation possible plus sophistiquée, peut être envisagée avec par exemple une réalisation de l'habitacle du type coque en matériau composite. On peut envisager des ailes à profil épais de type plat-convexe, avec un entoilage complet intrados-extrados circulant sur des nervures ajourées qui dessinent le profil adopté; ces nervures sont fixées sur des longerons profiles. Cet entoilage complet assure aux ailes une certaine rigidité, ce qui doit permettre de simplifier le haubanage, en particulier pour les ailes arrière, comme on l'a déjà précisé, et donc d'améliorer le comportement aérodynamique du dispositif, tant en portance qu'en traînée.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1) Dispositif permettant le vol aérien de type "battu" et utilisant la force musculaire humaine, caractérisé en ce qu'il comporte un habitacle (1), deux ailes avant (2) solidaires de l'habitacle et assurant une partie de la sustentation, deux ailes arrière (3) mobiles par rapport à l'habitacle et assurant la propulsion, le guidage et la partie restante de la sustentation, et enfin un empennage arrière (4) solidaire de l'habitacle et contribuant à la stabilité du dispositif.

2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que 1' habitacle (1) est monté sur deux patins (9) facilitant le décollage du dispositif.

3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure de l'arrière de l'habitacle (1) est conçue de façon à permettre le passage vers l'avant des jambes du pilote lors de la course nécessaire au décollage. Cette possibilite est obtenue par l'inclinaison du plan arrière de l'habitacle sur la verticale, le bas de ce plan allant vers l'avant du dispositif; cette possibilité est obtenue éga- lement par l'évidement du bas de ce plan grâce à la présence des deux barres (114) reliant les points (107) situés sur les montants arrière (16) de l'habitacle (1) aux extrémités inférieures (103) de ces montants arrière.

4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que tous les haubans inférieurs des ailes avant (2), des ailes arrière (3) et de l'empennage (4) viennent s'amarrer aux mêmes points sur l'habitacle (1 > . Tous les haubans inférieurs passent par les extrémités inférieures (103) des montants arrière (16) de l'habitacle et vont s'amarrer sur les barres (114) au voisinage de leur point de jonction (105), ceci afin d'éviter que les montants arrière de l'habitacle ne soient soumis à des efforts d'écartement trop importants.

5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ha bitacle (1) supporte un pylône de haubanage (5), à l'extrémité supérieure (501) duquel viennent s'amarrer les haubans supérieurs des ailes avant (2) et de l'empennage (4). Ce pylône est constitué des deux barres (52) et (54) qui se rejoignent au point (501).

6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pilote a le torse rendu solidaire de l'habitacle (1) au moyen d'épaulettes et de sangles; le pilote lui-même est en position allongée, voisine de la position horizontale avec la tête surelevée; les pieds du pilote reposent sur un trapèze (7) et ses mains tiennent les poignées (86) des palonniers (8) solidaires des ailes arrière (3).

7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ce dispositif comporte un empennage arrière (4) solidaire de l'habitacle, non gouvernable et en forme de V. Cet empennage est constitué par la partie du mât supérieur (12) qui se prolonge à l'arrière de l'habitacle (1), et par les deux barres (42) joignant les points (107) des montants arrière (16) de l'habitacle au point (401) sur le mât (12). La partie de ces barres (42) située entre les points (107) et (401) sert à rigidifier la partie du mât (12) située entre le point (401) et l'extrémité supérieure arrière (101) de l'habitacle. La dernière partie de ces barres (42) et du mât (12) constituent respectivement les bords d'attaque et la nervure centrale de l'empennage (4).

8) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'em- pennage arrière (4) a une incidence positive fixe. Cette incidence positive fixe est assurée par la présence d'une barre transversale,(44) écartant les extrémités arrière (403) des barres (42), ce qui donne à la partie arrière des barres (42) une flèche assez accentuée; cette incidence positive est également assurée par la présence des deux haubans inférieurs (43), fortement tendus, ce qui donne une flèche vers le bas à la partie arrière du mât (12) située entre le point (401) et son ex trémité arrière (405).

9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque aile arrière (3) est articulée sur l'habitacle (1) et possède deux degrés de liberté de rotation par rapport à l'habitacle (1). Ces deux degrés de liberté sont assurés par trois rotules non alignées. Les deux premières rotules (102) et (104) sont situées sur l'habitacle (1), au voisinage des extrémités du montant arrière (16) correspondant à l'aile arrière (3) considérée; la troisième rotule (302) est située sur le longeron (32) de l'aile arrière (3). Le support d'aile arrière (6) complète ce système.

10) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le mode de fixation de chaque aile arrière (3) sur l'habitacle (1), est compatible avec les deux degrés de liberté de cette aile arrière par rapport à l'habitacle. Cette fixation comporte

- un support d'aile arrière (6) joignant la rotule (104), située

au voisinage de l'extrémité inférieure du montant arrière (16)

correspondant, à la rotule (302) située sur le longeron (32) de

l'aile arrière

- un hauban inférieur (35) joignant l'extrémité (307) de l'aile

arrière, à l'extrémité (103) du montant arrière (16)

- un hauban supérieur (37) reliant l'extrémité supérieure du mât

de haubanage (38) de l'aile arrière (3) au point de jonction

(101) du mât (12) avec les montants arrière (16) de l'habitacle.

11) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le premier degré de liberté est une une rotation de l'aile arriere (3) par rapport à l'habitacle (1), autour d'un axe qui joint les rotules (102) et (104) situées au voisinage des extrémités du montant arrière (16) de l'habitacle (1). Cette rotation donne à l'aile arrière (3) un mouvement d'avant en arrière et dans une moindre mesure de haut en bas, par rapport à l'habitacle. Ce mouvement est engendré par la détente des jambes du pilote agissant sur un trapèze (7).

12) Dispositif selon la revendication 11 caractérisé en ce que la transmission du mouvement des jambes du pilote aux ailes arrière, s'effectue au moyen de deux cables (71) reliant les extrémités du trapèze (7) aux points (303) des longerons (32) des ailes arrière. Un système de suspentes (73) et de tendeurs élastiques (75) donne au trapèze (7), en 1' absence de sollicitations, une position déterminée vis à vis de l'habitacle, lorsque les ailes arrière sont dans leur position la plus avancée par rapport à l'habitacle. Les suspentes (73) sont destinées à soutenir les jambes du pilote.

13) Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le second degré de liberté d'une aile arrière (3) par rapport à l'habitacle (1), est une rotation autour d'un axe qui joint les rotules (102) et (302) situées sur le longeron (32) de l'aile arrière (3) correspondante; à cette rotation correspond une variation d'incidence de l'aile arrière (3), variation commandée par le bras correspondant du pilote agissant sur un palonnier (8) solidaire de l'aile arrière.

14) Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce qu'un palonnier (8) est solidaire de chaque aile arrière (3) de façon telle que, pour toutes les configurations possibles des ailes arrière, les palonniers (8) restent dans le domaine d'efficience des bras du pilote.

Ce palonnier (8) est composé de deux barres (82) et (84) fixées au longeron (32) de l'aile arrière (3) correspondante, à sa première nervure principale (34) et à son mât de haubanage (38), de façon telle que ce palonnier (8) ne vienne heurter ni l'habitacle (1), ni le support d'aile arrière (6) correspondant, et ceci en restant dans le domaine d'efficience des bras du pilote.

15) Dispositif selon la revendication 1 et les revendications 9 à 14, caractérisé en ce qu'un système de tendeurs élastiques ramène, en l'absence de sollicitations, les ailes arrière (3) à la position la plus avancée, avec une incidence légèrement positive; cette position correspond à la position initiale d'un épisode propulsif.