Etienne Œhmichen et l'hélicostat

L'hélicostat est un aéronef à voilure tournante plus lourd que l'air, stabilisé par un "volume" selon le principe d'Archimède.

Si ce volume est rempli d'air, il ne sert qu'à la stabilisation, s'il est rempli d'un gaz plus léger que l'air il assure aussi une partie de la sustentation.

Dans les deux cas, l'enveloppe de ce volume doit être la plus légère possible.

Nous verrons de nombreux exemples en essayant de les décortiquer pour faire une classification et démontrer quel est le véritable hélicostat.

 

Un principe inaperçu

Plus personne ne doute du rôle éminent de la poussée Archimédienne sur le bon "fonctionnement" des objets flottants et des aérostats plus légers que l'air, mais il est un autre aspect moins connu et plus troublant de ce principe:

La poussée de l'air s'applique aussi à tous les éléments solides présents dans l'atmosphère.

Tout ce qui est plongé dans notre fluide respiratoire oxygéné (et pollué...) l'air, subit une force dirigée vers le haut, en sens inverse de la gravité terrestre, avec une intensité qui dépend de l'altitude. Maximale au niveau de la mer, cette force décroît quand on s'éloigne de la surface de la planète et devient nulle dans le vide de l'espace.

Quand on est sur la lune il ne se passe rien pour deux raisons : gravité réduite au 1/6ème et surtout absence d’atmosphère...

Comme la poussée d'Archimède dépend du poids du volume de fluide déplacé et que l'air est "léger" (800 fois plus que l'eau), le phénomène est difficile à constater.

Après des recherches bien documentées, Bernard et Philippe ont mis en évidence que la masse volumique de l'air est normalement de 1,225 g/litre à 15°C au niveau de la mer, mais cette masse volumique peut baisser de 10 % s'il fait très chaud ou (et ceci peut sembler paradoxal) que l'air est très humide. Par ailleurs, la masse volumique de l'air diminue d'environ 10 % chaque fois qu'on monte en altitude de 1000 m.

Gustave Eiffel rapportait toujours ses mesures à la masse volumique standard de l’air de 1,225 Kg/m3.

On trouvera d'autres indications ici: http://www.thermexcel.com/french/tables/massair.htm

Situé à 2230 mètres d'altitude, Mexico en été après une pluie, peut respirer un air d'une Masse Volumique remarquablement faible: 0,852 g/litre (selon l'agence spatiale canadienne).

On peut se demander si cette poussée "aspire" les objets vers le haut ? Hélas non, pas vraiment, mais d'une certaine façon oui. Elle exerce bien une force, même si d’autres forces viennent l'annihiler presque "à la source", de sorte qu’on ne constate plus vraiment l’existence de cette poussée d’Archimède.

Réponse d'Auvergnat : P'être ben qu'oui, p'être ben qu'non...

Pas de panique, ces questions seront étudiées scientifiquement dans un chapitre particulier.

Archimède

Mathématicien et Physicien Grec né en Sicile à Syracuse vers l'an -287, homicidé dans cette même ville en l'an -212. On lui doit de nombreuses découvertes dans le domaine des mathématiques, de la mécanique et de l'hydrostatique, dont le fameux principe d'Archimède que chacun est censé connaitre...

Tout corps plongé dans un fluide (liquide ou gaz) subit de la part de celui-ci une poussée verticale de bas en haut égale au poids du volume du fluide déplacé.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pouss%C3%A9e_d%27Archim%C3%A8de

En savoir plus sur Archimède

Ma rencontre avec l'hélicostat

Elle débuta sans doute dans le grenier de mon grand-père paternel en feuilletant un exemplaire de "La Nature" daté du premier juin 1935 (N°2954).

J'ignore quelle est l'ancienneté de ce premier rendez-vous et j'ai du mal à croire que cette revue soit encore en ma possession, après tant d'années, sans avoir disparue dans les méandres de mon "rangement"...

Je soupçonne un caprice des Dieux Grecs de l'Olympe.

Noté au crayon au dessus du titre, l'intérêt de mon grand-père s'était polarisé sur la "destruction des fourmis"..!

Merci les fourmis de m'avoir défendu dans un contexte difficile.

Par bonheur, la totalité des numéros de "La Nature" à été numérisée par le CNAM (de 1873 à 1962) soit 157 volumes.

http://cnum.cnam.fr/CGI/redira.cgi?4KY28

Une vie de lecture, mais très facile et très agréable à consulter...

(Choisir table des matières intégrale)

Le numéro 2954, page 499, du premier juin 1935, fait partie du lot depuis seulement quelques années (au moment ou j'écris ces lignes nous sommes en 2013) et les 4 pages de l'article sont aisément consultables:

"L'hélicoptère Œhmichen, le problème de la stabilité résolu"

http://cnum.cnam.fr/CGI/fpage.cgi?4KY28.128/523/100/612/0/0

Pour les visiteurs qui pratiquent une autre langue que le français, voici la version numérisée "traduisible" de l'article:

Cliquer sur le timbre "Etienne Œhmichen 1884-1955 inventeur de l'hélicoptère" pour ouvrir l'article.

Pour commencer plus simplement, voici un résumé de l'article avec quelques réflexions.

Résumé de "La Nature", juin 1935

Fig.1- Le principe de l'hélicoptère Oehmichen avec stabilisation par capacités d'air de position réglable.

On voit les volumes d'air, l'écheveau de caoutchouc moteur et deux hélices contra-rotatives. Aucun détail n'est visible de la réalisation mécanique du moteur.

Ces appareils de laboratoire ont servi en 1934, à démontrer, par l'expérience, les conclusions analytiques d'Œhmichen, sur la stabilité des appareils de vol mécanique plus lourds que l'air et dépourvu de vitesse de translation.

Ces expériences, complétées par des essais de modèles en translation ont conduit à la réalisation du vol vertical.

Les modèles "en translation" dont il est question, sont visibles dans "La Nature-1930" et dans "La Science et la Vie 1933".

Des appareils de vol vertical mis en fabrication, grâce au concours du ministère de l’air, voleront en 1935. Ces appareils devront monter et descendre à la verticale absolue, évoluer en vol horizontal, se stabiliser au point fixe dans des conditions d'équilibre ne faisant appel à aucun organe mécanique.

Fig.2- L'appareil d'essais d'Œhmichen : Chassis et mécanisme sans capacité d'air.

La première partie du programme que s’était tracé l'inventeur a été brillamment réalisée et du premier coup, le 2 mars dernier (1935) dans le grand hangar d'Orly.

Ceux qui eurent la bonne fortune d'assister à cette séance en emportèrent une vision inoubliable, car cette démonstration reste du domaine de l'histoire de l'Aviation.

Elle montre en effet, la solution définitive du problème de la stabilité qui s'applique à tout appareil volant et marque l'aube d'une aviation nouvelle.

Nous devons être fiers que cette conception soit née en France, et grâce au génie tenace et plein de foi de l'ingénieur bien français : Étienne Œhmichen.

Fig.3- L'appareil d'essais d'Œhmichen avec capacité stabilisatrice pleine d'air.

Fig.4- L'appareil d'essais d'Oehmichen en vol dans le hangar d'Orly.

L'appareil est monté par Mr Œhmichen qui n'a à sa disposition que la manette des gaz.

Au voisinage du sol, l'air est violemment brassé par les hélices, et fatalement l'appareil se met à osciller, mais il monte et à partir de 3 m, il reste stable de lui-même, sans qu'on ait besoin de manœuvrer quoi que ce soit. Toutes les oscillations sont amorties et l'altitude de 20 m est atteinte.

Le centre de gravité de l'ensemble se trouve à 2 m 60 environ sous le centre du ballon. La poussée archimédienne appliquée au centre du ballon de 100 m3 est de 130 kg environ (*) (ce n'est pas une poussée créant une force ascensionnelle puisque le ballon contient de l'air). Le ballon n'agit pas par ses effets aérodynamiques transversaux qui au contraire amorcent des oscillations résonnantes, c'est uniquement la poussée statique sur la masse d'air qui stabilise l'appareil et amortit rapidement les oscillations que la machine peut prendre.

(*) Œhmichen avait considéré que la masse volumique de l'air était de 1,3 g/l, c'est juste pour de l'air sec à -1,5 °C au niveau de la mer et comme c'était l'hiver et que Orly n'est qu'a 42 mètres d'altitude....

http://fr.wikipedia.org/wiki/Masse_volumique_de_l%27air

LA SOLUTION ŒHMICHEN

En surmontant l'hélicoptère d'une capacité remplie d'air, donc sans pouvoir sustentateur, cette capacité éprouve de la part du fluide dans lequel elle est plongée une poussée en vertu du principe d'Archimède, poussée qui existe, quelle que soit la densité de la capacité en question, et qui agit, par exemple, également sur une pierre de taille suspendue au crochet d'une grue.

Ainsi l'hélicoptère surmonté d'une enveloppe pleine d'air, sera toujours en équilibre stable s'il est bien centré, c'est-à-dire si la verticale du centre de gravité général est aussi voisine que possible du centre de poussée statique archimédienne et que ces deux centres soit suffisamment éloignés l'un de l'autre.

Au lieu d'un ballonnet sphérique, on peut donner à la capacité toute forme voulue et appropriée à la destination de l'engin.

Les essais sur modèles réduits radiocommandés ont montré que c'était loin d'être le cas.

Dans l'appareil en construction, on a prévu un corps fuselé rigide, portant au-dessous de lui deux hélices inclinées. Lorsque l'appareil sera posé sur le sol, il sera cabré d'un certain angle de manière que les hélices soient horizontales et capables, une fois en action, de réaliser le vol nettement vertical.

Une fois à hauteur suffisante, l'appareil est mis en position de route, c'est-à-dire que par des moyens particuliers le braquage est supprimé, et les hélices prennent alors la position inclinée; elles développent donc un effort sustentateur et propulseur à la fois, suivant les recherches dues encore à Oehmichen.

Voilà donc créé l'engin aérien idéal qui n'est que le début d'une aviation nouvelle, permettant une souplesse d'allures et de déplacements interdite à l'avion ordinaire ou même à l'avion muni de combinaisons cherchant à restreindre les exigences de l'envol et de l'atterrissage, mais ne permettant pas le vol au point fixe absolu.

Fig.5- Ce que sera le futur appareil Œhmichen actuellement en construction.

La stabilité sera automatique; le vol pourra être vertical, horizontal ou oblique à volonté.

Et depuis le début de ces patientes recherches, combien d'appareils volants, hélicoptères étrangers pour la plupart, ont été essayés avec des promesses qui sont restées sans lendemain.

Les appareils conçus par l'ingénieur français sont établis sur des bases scientifiques et mathématiques certaines, et les derniers essais n'ont fait que confirmer ce que la théorie avait conçu. C'est la consécration enfin méritée du labeur et de la science de l'apôtre de l'hélicoptère, Oehmichen.

Il faut insister sur le fait que les calculs et les théories mathématiques ont précédé l'expérience, celle-ci n'est venue que confirmer la mise en équations et les solutions qui ont été trouvées uniquement par le calcul.

Commentaires

La France a toujours, à juste titre, été fière de ses mathématiciens, mais dans le cas de l'hélicostat, théorie mathématique ou pas, l'échec de la formule a été total, malgré des vols expérimentaux satisfaisants en apparence, effectués en 1930 avec l'appareil N°4 équipé d'un ballon rempli d'hydrogène.

 

Avec Bernard de Go-Mars* et Philippe Kauffmann

Nous ambitionnons d'être le "Gang" de l'Hélicostation...

* Pseudonyme Interplanétaire... !

"Jupiter et quatre de ses satellites, photographiés par Bernard à l'aide du petit appareil numérique Lumix Panasonic (objectif Leica 12x) simplement monté sur pied, sans télescope"

"Jupiter photographié au télescope le 27/11/2011 au club d'astronomie de Philippe. La photo, qui découle d'une vidéo incomparablement moins bonne, est traitée par "Registax 6" (libre et gratuit) qui prend les meilleures images d'une vidéo (par exemple un millier), les superpose précisément, puis réalise un traitement par ondelettes étonnamment efficace"

Cette troisième photo de Jupiter fut faite mi-janvier 2014 avec mon Olympus C-2100 "Ultra Zoom" 2,1 Mégapixel, monté sur pied, zooms optiques et numériques à fond de course... La couleur verdatre de l'atmosphère de la planète est bien visible, mais fausse!

Quel rapport y a t-il entre Jupiter et l'hélicostat ? Aucun, mais je tenais ainsi à remercier le Maître de l'Univers...

... d'avoir songé à rassembler des mortels aussi remarquables ...

Nous arrivons évidement après les travaux d'Etienne Œhmichen à qui revient tout le mérite d'avoir démontré expérimentalement, en grandeur réelle, la possibilité de stabilisation par l'air.

Finalement

Présenté par Etienne Œhmichen dès 1921, l'hélicostat est un appareil à vol vertical, mais ce n'est pas un hélicoptère.

Pendant une courte période historique (française...), certains appareils d'Œhmichen qui volaient parfaitement en modèle réduit de petites tailles et en grandeur nature furent présentés comme la "solution définitive" du vol vertical...

C'était faux, mais cette erreur d'appréciation n'empêche pas d'essayer de comprendre pourquoi ces machines parvenaient à voler correctement.

"La Science et la Vie" de 1935 présente ces dessins qui expliquent à eux seuls le fonctionnement de l'hélicostat.

Fig.1 - Schéma de principe du stabilisateur à ballonnet d'air.

Même si la "solution Œhmichen" n'en était pas une, ses expériences étaient passionnantes.

Elles m'ont donné envie de les reproduire en modèle réduit.

Le dessin de la figure 5 (ci-dessus) m'avait beaucoup impressionné, il me semblait représenter l'Aéronef Idéal avant même d'avoir fait des expériences.

C'était le rêve du vaisseau volant de Jules Vernes, un exemple réel des "Air Ship" délirants qui se trouvent en grande quantité sur le web:

En tapant "deviantart aiship".

De quoi "dévianter" pendant des mois...

http://kmiklas.deviantart.com/art/Steampunk-Airship-102980996

http://www.deviantart.com/

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