L'invention concerne un ensemble propulseur pour aéronef léger et lent. Par "aéronef léger et lent", on entend un aéronef dont la masse à vide est inférieure à environ 500 kg et dont la V.N.E. (vitesse à ne pas dépasser) est inférieure à environ 230 km/h. L'invention s'applique tout particulièrement, mais non exclusivement, à la propulsion des aéronefs ultralégers tels que parapente, aile delta, ULM, ayant une masse à vide inférieure à 175 kg et un domaine de vol s 'étendant entre environ 15 km/h et 150 km/h ; à titre indicatif, ces caractéristiques sont fournies ci-après pour les trois catégories d'ultralégers :

- paramoteurs : masse à vide généralement de l'ordre de 15 à 25 kg, vitesses généralement comprises entre 15 km/h et 50 km/h,

- ailes deltas équipées d'une motorisation auxiliaire : masse à vide généralement de l'ordre de 40 à 70 kg, vitesse généralement comprise entre 30 km/h et 90 km/h,

- ULM : masse à vide généralement comprise entre 80 et 175 kg, vitesses généralement comprises entre 40 km/h et 130 km/h.

Le paramètre critique essentiel pour les aéronefs, et spécialement pour les aéronefs légers et lents, est le poids : pour une poussée donnée, il est primordial de disposer d'un groupe motopropulseur de poids aussi réduit que possible. Dans le cas par exemple d'un paramoteur, le groupe motopropulseur est porté par le pilote pendant la phase de décollage et une différence de quelques kilogrammes peut conditionner un décollage facile ou au contraire impossible pour un pilote moyen.

Actuellement un groupe motopropulseur de bon rendement pèse environ 20 kg si l'on souhaite disposer d'une poussée de 40 decaNewtons (poussée nécessaire pour le décollage d'un pilote de 70 kg équipé d'un parapente de finesse de l'ordre de 5 ) : ce poids auquel s'ajoute le carburant demeure élevé et rend la pratique de ce sport uniquement

accessible à des pilotes en très bonne condition physique.

Un autre paramètre important pour un aéronef léger et lent est le bruit propagé à plein régime ; en effet, ce type d'appareils navigue souvent à proximité du sol, et le niveau sonore relativement élevé des engins actuellement utilisés constitue une nuisance pour l'environnement et une gêne pour le pilote qui limitent l'extension de cette activité ; à titre d'exemple, le niveau sonore d'un paramoteur équipé d'un groupe classique tournant à plein régime est actuellement de l'ordre de 70 décibels.

On a proposé d'appliquer à ce type d'aéronefs ultralégers des groupes propulseurs possédant des hélices carénées qui sont connus dans des domaines différents tels que celui de la stabilisation des hélicoptères ou des véhicules à coussin d'air (brevets FR 2.626.841, FR 2.628.062). Ainsi, les brevets DE 3.914.469 et FR 2.679.867 décrivent des paramoteurs équipés de groupes otopropulseurs équipés d'une hélice qui tourne à l'intérieur d'une carène annulaire délimitant la veine d'air mise en mouvement. Toutefois, les dispositifs décrits dans ces documents n'ont à la connaissance de l'inventeur fait l'objet d'aucune application pratique en raison de leurs performances très décevantes, inférieures à celles des groupes à hélice libre actuellement utilisés : en effet, les hélices carénées connues sont adaptées à certaines applications spécifiques mais sont totalement inadaptées aux conditions de vol lent qui caractérisent les aéronefs légers visés par l'invention. La présente invention se propose de fournir un ensemble motopropulseur pour aéronef léger et lent, qui conduise, pour une valeur donnée de la poussée, à des gains de poids considérables par rapport aux groupes connus et à une réduction notable de niveau sonore. Un objectif de l'invention est de permettre, pour une poussée donnée, de réduire dans une proportion importante la puissance du moteur nécessaire, et donc le poids, la consommation en carburant et le bruit

engendré par le moteur.

Un autre objectif est de réduire le niveau sonore dû à la rotation de l'hélice.

L'ensemble propulseur visé par l'invention, destiné à équiper un aéronef léger et lent, comprend un support doté de moyens de fixation sur l'aéronef ou le pilote, un moteur lié au support, au moins une hélice ultipale de diamètre D entraînée par un système de transmission accouplé au moteur, et une carène annulaire agencée autour de l'hélice ; selon la présente invention :

- la carène comprend une paroi interne profilée pour former une lèvre convexe amont de rayon de courbure sensiblement compris entre 0,04 D et 0,15 D, un col constituant la portion la plus étroite de la carène, de forme sensiblement cylindrique et de longueur sensiblement comprise entre 0,8 Z et 2 Z (où Z est la hauteur du cylindre balayé par le bout des pales de l'hélice) et un diffuseur aval sensiblement tronconique, de demi-angle au sommet inférieur à 12°, et de longueur au moins égale à 0,1 D,

- l'hélice comprend des pales profilées pour présenter un vrillage entre pied de pale et bout de pale sensiblement compris entre 30° et 80°, et une corde sensiblement comprise entre 0,05 D et 0,22 D, - l'hélice est agencée de sorte que le bout des pales tourne en regard du col de carène et que le jeu entre bout de pale et col de carène soit inférieur à 10 mm.

Les essais ont démontré que la combinaison des caractéristiques ci-dessus définies assurait à l'hélice carénée un excellent rendement dans le domaine du vol lent, et permettait d'abaisser considérablement la puissance du moteur nécessaire pour une valeur souhaitée de la poussée. C'est ainsi qu'il a été possible d'obtenir une poussée de 40 decaNewtons au moyen d'un ensemble propulseur doté d'un moteur deux temps de 9 CV, ce qui constitue une performance remarquable et inattendue ; à titre de comparaison, une poussée comparable au moyen d'une hélice

libre nécessite un moteur d'au moins 15 CV. Cette réduction de puissance dans un rapport de 1,75 environ conduit à une réduction considérable du poids de l'ensemble propulseur, du niveau sonore en régime et de la consommation du moteur. En outre, l'hélice carénée selon les caractéristiques précitées conditionne une réduction notable du bruit engendré par sa rotation (comparé à une hélice libre).

Par exemple, dans le cas d'un ensemble propulseur destiné à la réalisation d'un paramoteur de 40 dN de poussée, la masse de l'ensemble a pu être ramenée à 13 kg (20 à 25 kg pour les engins existants) et le niveau sonore à plein régime à 64 db (70 db pour les engins existants) ; il convient de souligner qu'un gain de 6 db sur le niveau sonore est considérable. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, permettant d'optimiser les performances de l'ensemble propulseur, la carène présente un profil épais et comporte une paroi externe profilée se raccordant, d'une part, à l'extrémité amont de la lèvre de la paroi interne, d'autre part, à l'extrémité aval du diffuseur. Cette paroi externe est de préférence convexe à sa partie avant et se raccorde à l'extrémité amont de la lèvre de la paroi interne selon un plan tangentiel commun perpendiculaire à l'axe de rotation de l'hélice. Le profil épais de carène ainsi constitué par la paroi interne et la paroi externe est de préférence réalisé de sorte que sa corde soit sensiblement comprise entre 0,22 D et D, et son épaisseur entre 0,05 D et 0,15 D.

En outre, selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :

- la lèvre amont de la carène présente, dans un plan axial, une section sensiblement en forme de quart de cercle de rayon compris entre 0,05 D et 0,12 D,

- le rapport des diamètres du col cylindrique de carène et de la section de sortie de son diffuseur est sensiblement compris entre 0,86 et 0,98,

- le diffuseur tronconique de la carène présente un demi-angle au sommet compris entre 4° et 7°.

Selon un mode de réalisation préférentiel, le moteur et son système de transmission sont fixés sur un bâti qui est lié au support précité par l'entremise d'amortisseurs en vue de limiter la transmission des vibrations vers le pilote ou l'aéronef ; selon l'invention, la carène est alors fixée sur le bâti (ou tout organe solidaire de celui-ci) par des bras de façon à former avec le moteur un ensemble indéformable ; la position relative de l'hélice dans la carène est ainsi définie de façon précise, et le balayage de l'hélice s'effectue sans risque de déplacement par rapport à la carène quel que soit le régime vibratoire. De préférence, les bras qui supportent la carène sont assujettis par une extrémité sur la paroi externe de carène ou sa lèvre amont et agencés de façon à être extérieurs à un plan axial quelconque (par "plan axial", on entend un plan passant par l'axe de rotation de l'hélice). On évite ainsi que les pales de l'hélice se trouvent, à un moment de la rotation, entièrement dans le sillage d'un bras, ce qui réduirait le rendement de l'hélice et pourrait conduire à l'apparition de vibrations à certains régimes. (Par "bras", on entend tout dispositif de liaison entre bâti et carène qui permet le passage de l'air).

Le vrillage de chaque pale d'hélice qui est sensiblement compris entre 30° et 80° comme déjà indiqué, est un des paramètres essentiels d'adaptation de l'ensemble propulseur au domaine des basses vitesses de vol visé. Ce vrillage est de préférence choisi entre 45° et 60°. Ce vrillage est avantageusement réalisé en ajustant le calage du pied de pale à une valeur comprise entre 60° et 88°, et le calage du bout de pale à une valeur comprise entre 12° et 32°. (L'angle de calage est défini de façon habituelle par l'angle que forme la corde par rapport au plan perpendiculaire à l'axe de rotation, dit "plan de rotation de l'hélice") .

D'excellentes performances sont obtenues en donnant à la section transversale des pales un profil biconvexe du type EPLER. On donne de préférence, au profil

de chaque pale une épaisseur décroissante depuis les sections proches du pied de pale vers les sections proches du bout de pale.

Le nombre de pales de l'hélice est choisi en fonction de l'application et est avantageusement compris entre 3 et 6. Chaque pale est solidaire d'un moyeu de diamètre compris entre 0,12 D et 0,4 D, la corde de chaque pale étant comprise entre 0,08 D et 0,16 D. On choisit de préférence un diamètre de moyeu aussi faible que possible compte tenu du nombre de pales et de la corde de celles-ci (qui conditionnent l'encombrement des pales au niveau du moyen) .

Par ailleurs, le moteur et son système de transmission peuvent être de tout type connu, en particulier un moteur à deux temps en raison de son rapport favorable puissance/poids. Le système de transmission peut ou non comporter un réducteur (réducteur à pignons ou à courroie) selon les caractéristiques du moteur choisi et l'application. En pratique, on choisira le moteur et son système de transmission de façon que la vitesse de rotation de l'hélice soit au plus égale à 3 000 (où V est exprimé en tours/minute et D en mètres). ^D

Le diamètre D de l'hélice est choisi dans chaque application en fonction de l'encombrement admissible pour l'ensemble propulseur. Par exemple dans le cas d'un ensemble destiné à la propulsion d'un aéronef ultraléger tel que parapente, aile delta ou ULM, ce diamètre est de préférence choisi à une valeur comprise entre 60 cm et 120 cm. La description qui suit en référence aux dessins annexés présente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un ensemble de propulsion conforme à l'invention pour para oteur ; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description : - la figure 1 est une vue générale en perspective d'un paramoteur équipé de cet ensemble de propulsion,

- la figure 2 en est une coupe par un plan

vertical axial (plan vertical passant par l'axe de rotation de 1 ' hélice) ,

- la figure 3 en est une vue frontale (le support avant ayant été supprimé à cette figure), - la figure 4 est une coupe de détail de la carène par un plan vertical axial,

- la figure 5 est une vue en perspective d'une pale de l'hélice, et les figures 6 et 7 des coupes par des plans P1 et P2 orthogonaux au bord d'attaque de la pale et contenant respectivement la corde au pied de pale Chp et la corde en bout de pale Chb,

- la figure 8 est une vue de détail en perspective du bout de pale en regard de la carène, et la figure 9 une coupe de détail par un plan P3 défini par la corde en bout de pale Chb et par le bord d'attaque de la pale.

L'engin schématisé à titre d'exemple aux figures 1 , 2 et 3 est du type paramoteur destiné à être porté sur le dos par un pilote et associé à un parapente pour permettre des vols à faible vitesse, en particulier comprise entre 15 km/h et 50 km/h. Il comprend un bâti schématisé en 1 auquel est solidarisé l'ensemble motopropulseur 2 ; ce bâti est porté par un support 3 appelé à se fixer dans le dos du pilote. Le support 3 présente en l'exemple la forme d'un baquet et comprend une plaque de dos 3a, un pied 3b permettant à l'ensemble de reposer sur le sol et des avancées latérales 3c dotées de moyens 4 d'accrochage de la sellette et du parapente ; la sellette de type classique n'a pas été représentée. Le support 3 peut être de tout type, en particulier à accrochage sous les aisselles comme représenté, mais également à crosses appelées à passer au-dessus des épaules du pilote ...

L'ensemble propulseur peut être lié au support 3 par des amortisseurs 6 du type "silentbloc" qui limitent la transmission des vibrations. En l'exemple quatre silentblocs disposés au sommet d'un carré relient le bâti 1 et le support 3.

L'ensemble propulseur comprend un moteur 7 et tous ses accessoires (pot d'échappement... ) dont l'arbre entraîne,, un réducteur à courroie 8 ayant un rapport de réduction de l'ordre de 2 à 4. En sortie, le réducteur 8 porte un moyeu 9 sur lequel sont fixées les pales d'hélice 10.

En l'exemple, l'hélice comprend quatre pales et présente un diamètre D compris entre 60 cm et 120 cm ; les autres paramètres dimensionnels de l'ensemble propulseur sont définis par rapport à ce diamètre D. Par exemple, dans le cas d'un pilote de taille et de poids moyens (1,75 m et 70 kg), le diamètre D peut être pris égal à 75 cm.

Le diamètre d du moyeu est en pratique compris entre 0,12 D et 0,4 D et peut être pris égal à une valeur de l'ordre de 0,2 D.

Par ailleurs, l'ensemble propulseur comporte une carène annulaire 11 qui est maintenue par des bras 14 de façon à être centrée sur l'axe de rotation XX' de l'hélice.

Cette carène présente un profil épais constitué par deux parois, en l'exemple en matériau composite : une paroi dite interne 12 située du côté de l'hélice et une paroi dite externe 13 située à l'opposé. La carène 11 est fixée sur le bâti- 1 par les bras de liaison 14 de façon que l'ensemble carène/moteur/réducteur forme un ensemble indéformable et que la zone de balayage de l'hélice soit invariable dans la carène. De plus, le moteur 7 est agencé à l'avant de la carène comme le montre la figure 2 de façon à être entièrement situé en amont de la section d'entrée de la carène comme l'illustre la figure 3, les bras 14, en l'exemple au nombre de quatre, sont agencés de façon à être extérieurs à un plan axial quelconque (plan passant par l'axe de rotation) : ainsi un bras donné n'étant jamais entièrement contenu dans un plan axial, on évite que, à chaque rotation, chaque pale d'hélice soit entièrement masqué par chaque bras dans une position angulaire donnée :

le masquage s'effectue à des positions angulaires différentes pour chaque corde de l'hélice, ce qui favorise le rendement de cette dernière et la régularité de l'écoulement de l'air et assure une réduction du bruit émis par l'hélice.

Chaque bras 14 peut être constitué par un élément tubulaire assujetti, par une extrémité, sur le bâti 1 et, par l'autre extrémité, sur la paroi externe 13 de la carène. La carène 11 est partiellement représentée en coupe de détail à la figure 4.

Sa paroi interne 12 forme une lèvre amont 12a ayant une section en forme de quart de cercle de rayon Rc compris entre 0,05 D et 0,12 D, en particulier de l'ordre de 0,9 D. Cette lèvre amont se prolonge par un col 12b de forme cylindrique dont la longueur est en l'exemple égale à la hauteur Z du cylindre balayé par le bout des pales de l'hélice. Ce col se prolonge par un diffuseur aval 12c de forme tronconique ayant un demi-angle au sommet α compris entre 4° et 7°. La longueur de ce diffuseur est supérieure à 0,1 D et est en particulier de l'ordre de 0,27 D. Le rapport du diamètre du col cylindrique 12b à celui de la section de sortie du diffuseur est compris entre 0,86 et 0,98, en particulier de l'ordre de 0,92 ou 0,93.

La paroi externe 13 de la carène est profilée pour se raccorder par une partie convexe 13a à l'extrémité amont de la lèvre 12a selon un plan tangentiel commun T perpendiculaire à l'axe de rotation XX' . Cette paroi externe 13 se prolonge par une portion 13b de section sensiblement rectiligne qui se raccorde à l'extrémité aval du diffuseur 12c.

Le profil épais de carène constitué par la paroi interne 12 et la paroi externe 13 est en l'exemple réalisé de façon à présenter une corde Ce comprise entre 0,22 D et D, en particulier de l'ordre de 0,4 D et une épaisseur Ec sensiblement comprise entre 0,05 D et 0,15 D, en particulier de l'ordre de 0,10 D.

En outre, la paroi externe de carène est dotée à sa base d'un appui 5 qui coopère avec le pied 3b du support pour permettre à l'engin de reposer stablement sur le sol . La conformation de l'hélice 10 et son agencement par rapport à la carène 11 sont illustrés aux figures 5, 6, 7, 8 et 9.

Chaque pale est profilée pour présenter un vrillage compris entre 45° et 60°, par exemple égal à 55° : le pied de pale présente un calage compris entre 60° et 88°, par exemple égal à 77° (angle y-\ formé par la corde Chp du pied de pale et le plan perpendiculaire à l'axe de rotation XX' : figure 6), cependant que le bout de pale présente un calage compris entre 12° et 32°, par exemple égal à 22° (angle ^2 représenté à la figure 7).

En l'exemple, chaque pale d'hélice est profilée pour présenter une section transversale à profil biconvexe du type EPLER, de corde Ch comprise entre 0,08 et 0,16 D. En outre, comme l'illustrent les coupes 6 et 7, les profils EPLER ont des épaisseurs décroissantes depuis les sections proches du pied vers les sections proches du bout de pale (Ehp > Ehb) ; par contre la corde des différentes sections ne varie pas sensiblement (Chp = Chb = Ch).

Comme l'illustrent les figures 8 et 9, les pales sont agencées dans la carène de façon que le bout de pale vienne se déplacer en regard du col 12b avec un jeu -j- inférieur à 10 mm ; en pratique, compte tenu de la précision usuelle de fabrication, ce jeu peut être égal à 2 mm sans surcoût de fabrication. II est intéressant que ce jeu -j- soit identique tout le long de la corde Chb du bout de pale. A cet effet, le bout de pale est conformé, comme l'illustre la figure 9, de façon à présenter une forme convexe circulaire, épousant la section de col 12b de carène par le plan P3 passant par le bord d'attaque de la pale et la corde Chb du bout de pale.

Les diverses caractéristiques précédemment décrites permettent d'obtenir pour chaque diamètre D de

l'hélice un ensemble propulseur adapté au vol lent et bénéficiant pour ce type de vol d'une poussée considérablement accrue (à puissance de moteur égale) par rapport aux dispositifs connus. Il est ainsi possible pour une application donnée de choisir le diamètre D le plus approprié et, en fonction de la poussée souhaitée dans l'application, de choisir un moteur de puissance adaptée, plus faible que celle nécessaire dans les dispositifs connus. Il convient toutefois d'éviter des vitesses excessives de rotation de l'hélice sous peine d'une baisse de rendement et d'une augmentation du bruit émis et, en pratique, le taux de réduction du réducteur est choisi en fonction de la vitesse maximale de rotation du moteur à plein régime de sorte que l'hélice ait une vitesse de rotation V inférieure à 3 000 (V : tours/minute, D : mètres) .

A titre d'exemple sont fournis ci-après les paramètres d'un ensemble de propulsion de paramoteur pour un diamètre D égal à 75 cm : - puissance du moteur : 9 CV

- vitesse maximale de rotation du moteur en charge à plein régime : 8 500 t/mn

- taux de réduction : 3,4

- vitesse maximale de rotation de l'hélice V : 2 500 t/mn

- vrillage des pales : 55°

- corde Ch des pales : 10 cm

- épaisseur moyenne des pales : 1 , 4 cm

- diamètre d du moyeu : 15 cm - corde Ce de carène : 27 cm

- épaisseur Ec de carène : 7,5 cm

- rayon Rc de la lèvre amont de carène : 6,5 cm

- longueur du col de carène : 3 cm - demi-angle au somme α : 7°

- rapport des diamètres col/section de sortie : 0,92

- jeu j entre pales et carène 2 mm

La poussée obtenue a été de 38 decaNewtons, le niveau de bruit à plein régime de 62 dB. L'ensemble moto-propulseur (y compris le support avant 3 sans la sellette) pesait environ 13 kg.