Transcendental Model 1-G.

 

"" The Pirst Tiltrotor to Fly ""

Historique : La revue Aviation Magazine n°174, de mars 1956, aux éditions OJD, par Jacques GAMBU.

Historique : Un jour de la fin décembre 1954, un petit monoplan avec des rotors d'hélicoptères en bouts de son aile effectuait un court vol d'essai à New Castle, dans l'Etat de Delaware, et ouvrait une nouvelle ère dans l'histoire de la locomotion aérienne. En effet, pour la première fois, semble-t-il, un engin volant se réclamait de deux formules différentes et, après avoir décollé comme un hélicoptère pur, évoluait tel un authentique avion et revenait se poser après un vol stationnaire comme seuls peuvent s'en permette les appareils à voilure tournante. Certes, l'opération n'avait été qu'ébauchée, mais le principe avait été suffisamment vérifié pour que l'on puisse affirmer qu'un nouvel aérodyne était né.

Les premiers vols stationnaires avaient eu lieu le 15 juin 1954, mais l'appareil n'avait fait que se comporter comme un classique hélicoptère.

Le nouvel engin, qui est, en fait, un parfait convertible, fut étudié et construit par la petite firme Transcendental Aircraft Corporation, installée à Glen Riddle, en Pennsylvanie. Les travaux commencèrent en 1945 par des études diverses, puis un prototype fut entrepris sous la direction de l'ingénieur Mario A. Guerrieri. Il était terminé en 1951 et, avait pris la désignation Model 1. Le model 1-G ressemble beaucoup au prototype lequel a reçu sept modifications.

Le Transcendental Model 1-G est un appareil convertible, monoplan birotor à voilures tournantes latérales, monoplace, monomoteur à empennages cruciformes et train d'atterrissage tricycle fixe.

Le principe de fonctionnement est le suivant. Les deux rotors sustentateurs sont articulés en bouts de la voilure fixe et peuvent pivoter de telle façon qu'ils puissent tourner indifféremment dans un plan horizontal ou vertical. Dans le premier cas, ils agissent comme les rotors classiques d'un hélicoptère pur et l'appareil est alors susceptible de décoller et de se poser à la vertical. Dans le second cas, après pivotement des rotors vers l'avant, ces derniers agissent alors comme de grandes hélices tractives analogues à celles que l'on trouve sur les avions classiques et l'appareil est sustenté par sa seule voilure fixe. Le fonctionnement et le rendement d'un rotor d'hélicoptère et d'une hélice d'avion étant différents, il a fallu adopter un compromis et c'est pourquoi les deux rotors sont de petit diamètre et tournent rapidement.

Les rotors : D'un diamètre de 5,18 m, seulement tournent en sens inverse et, de ce fait, aucun dispositif anticouple n'est nécessaire. Les pales ont une corde constante de 10 cm et elles sont entièrement articulées selon les deux axes, les deux articulations étant placées dans le même plan. Chaque pale est évidemment limitée dans ses battements, cependant qu'un système amortisseur réduit sa liberté en traînée. Un montage du pied de pale à la cardan permet de grouper les deux articulations sous le minimum de place. La structure de la pale comprend un longeron avant en alliage léger 75 ST, une série de nervure, toutes semblables, en alliage 24 ST, un arêtier de bord de fuite et un revêtement également métallique. Afin d'obtenir un compromis entre les pales d'hélicoptère et l'hélice d'avion, chaque pale est vrillée de 20° aux extrémités, chiffre considérable. La transmission du mouvement est assez complexe, en raison même du principe retenu. Le moteur utilisé, un Lycoming 0-190-A de 160 cv., était équipé d'un réducteur et l'ingénieur Cobey modifia ce moteur en démontant ce réducteur et en le remplaçant par une boite de réduction à deux vitesses, chacune de ces deux vitesses correspondant au régime des rotors selon la configuration de vol, hélicoptère pur ou avion. A la suite de cette boite de vitesses, on trouve un embrayage qui permet de faire partir le moteur seul et aussi de mettre, en cas de besoin, les rotors en auto-rotation en les désolidarisant du groupe. Des renvois d'angle sont ensuite montés, d'où débouchent les deux arbres d'entraînement qui circulent à l'avant de l'aile fixe pour atteindre les deux têtes de rotor marginales. Là encore, on trouve un réducteur et un renvoi d'angle groupés dans un même carter. C'est ce carter qui pivote vers l'avant, entraînant dans son mouvement tout l'ensemble. Le rapport de réduction final est de 0.236. Au régime maximum de 3 000 t/min du moteur, les rotors tournent ainsi à 633 t/min. On voit que le compromis a également joué dans ce domaine, un régime de 240 t/min étant normal pour un rotor d'hélicoptère pur.   

Le convertible expérimental Transcendental Model 1-G.

Source: La revue Aviation Magazine n°174 de mars 1956.

Les commandes de pas cyclique et collectif consistent en des câbles d'acier issus du poste de pilotage. Ces câbles circulent à la partie arrière de la voilure fixe et débouchent à la nervure de rive, de chaque côté. Des poulies assurent le changement de direction et les câbles courent alors le long et à l'extérieur de la nervure de rive. Ils sont terminés par des chaînes qui viennent prendre sur des pignons solidaires de la commande de pied de pale. Bien entendu, l'axe de ces deux pignons se confond avec l'axe de pivotement du rotor, de façon n'introduire aucune tension ou relâchement des câbles lors du basculement de la voilure tournante. Une tringlerie appropriée transforme le mouvement des pignons, à l'intérieur du carter contenant le réducteur et le renvoi d'angle du pied de rotor. De ce carter surgissent trois tubes concentriques. Le premier entraîne le rotor proprement dit; le second, solidaire du premier pignon, commande la variation de pas cyclique; le troisième, solidaire du second pignon commande la variation de pas collectif.

Le carter de pied de pale contient encore les axes de pivotement du rotor. Ce carter est muni d'une chape rapportée extérieurement et c'est cette chape qui est attaquée par une biellette qui commande le pivotement. Cette biellette est terminée vers l'arrière par une vis sans fin qui est entraînée par un moteur électrique d'une puissance de 1/6 de cv. En configuration hélicoptère pur, l'axe des rotors affecte un angle de 6° sur la verticale et vers l'avant. Un pivotement de 84° vers l'avant suffit alors pour placer l'axe des rotors parallèlement à l'axe général de l'appareil. Une interconnexion assure la parfaite simultanéité entre les mouvements de pivotement des deux rotors. Le temps de passage d'une configuration à l'autre demande de trois à quatre minutes. Les essais en cours diront d'ailleurs s'il convient de réduire ou d'augmenter ce temps.

Montage des rotors en bout d'aile, montrant les commandes de pas à chaîne.

Source: La revue Aviation Magazine n°174 de mars 1956.

La voilure fixe : Présente une envergure de 6,40 m pour un allongement de 7 et une surface alaire de 5,85 m². La corde moyenne de l'aile atteint 0,915 m. La voilure n'est pas affectée d'aucun dièdre. Le profil est un NACA 23 015 calé à 4° selon la référence du fuselage. Si le bord d'attaque n'est le siège d'aucun dispositif particulier, les ailerons occupent le bord de fuite en presque totalité. Leur surface totale est de 0,37 m². Ils sont actionnés lorsque l'appareil est en configuration de vol en translation rapide.

La structure de l'aile fixe est complexe. La voilure est contreventée par une paire de mâts en V dont la branche avant vient aboutir, sous la voilure, au point où se fixe la jambe principale du train d'atterrissage. Si les ailerons ont une structure métallique entoilée, la voilure fixe est entièrement métallique, revêtement compris. Multilongeron, l'ossature de l'aile est conditionnée surtout par l'obligation de faire passer à son intérieur les arbres d'entraînement des deux rotors. Ceux-ci circulent entre deux longerons assez avancés sur la corde. A l'arrière, un second caisson, plus léger que le premier, sert de support aux articulations des ailerons et offre un passage aux câbles de commande de variation de pas cyclique et collectif. Il est bien évident que la voilure est relativement lourde puisqu'elle doit supporter le poids de l'appareil lorsque celui-ci est en vol stationnaire ou en hélicoptère pur. En vol en translation, la voilure est déchargée et elle paraît alors surabondante puisqu'elle ne doit plus encaisser que les efforts tranchants, dus à la traction des rotors devenus hélices, mais cet effort, encaissé en grande partie par le revêtement, est de beaucoup plus faible que celui de flexion engendré par les rotors en mouvement lorsque l'appareil vole en hélicoptère pur.    

Le Transcendental Model 1-G en vol stationnaire.

Source: La revue Aviation Magazine n°174 de mars 1956.

Le fuselage : Est aménagé, sur les 7,93 m de sa longueur pour recevoir un seul pilote. On peut scinder ce fuselage en trois parties principales.

1) La partie avant contient le poste de pilotage. Celui-ci a été agencé de façon à ne pas trop choquer un pilote d'avion. C'est pourquoi on trouve des pédales de direction classiques, commandant la gouverne de direction et surtout un volant analogue à celui que l'on trouve à bord des avions modernes. Ce volant est monté en bout d'un ensemble de tubes reportant les commandes sur le côté droit du poste. En actionnant ce volant latéralement, on commande la variation de pas cyclique. En poussant ou tirant ce volant, on actionne la gouverne de profondeur classique placée à l'arrière de l'appareil. La commande de pas général est assurée par un levier analogue à celui que l'on rencontre à bord des hélicoptères. A droite et le long de l'armature de la verrière, on trouve un levier qui commande le débrayage du moteur. Devant le volant, un interrupteur est à la disposition du pilote qui peut ainsi commander le pivotement des rotors. Cet interrupteur qui actionne les moteurs électriques spéciaux, est à trois positions : marche, arrêt et marche arrière, cette dernière correspondant au retour des rotors à leur position initiale.

2) Derrière le pilote, on a installé un réservoir d'une capacité de 53 litres, capacité suffisante pour mener les essais préliminaires en vol.

3) A l'arrière de cette travée, le fuselage présente un décrochement sensible. Le treillis de tubes d'acier soutient alors le moteur, tourner ver l'avant, refroidi par un ventilateur spécial et dont l'arbre de sortie débouche dans le réducteur à deux vitesses dont nous avons déjà parlé. A la suite du moteur, la structure en treillis est abandonné au profit d'une coque pure en alliage léger, de section circulaire, supportant les empennages à sa pointe arrière.   

Ensemble réducteur à deux vitesses de sortie-moteur.

Poste de pilotage du Transcendental.

De très nombreuses heures d'essais au sol permirent de mettre au point les transmissions et commandes spéciales.

Source des trois photos: La revue Aviation Magazine n°174 de mars 1956.

Les empennage : Contrairement à la voilure principale, sont en porte-à-faux. Entièrement métallique, ils consistent en une surface verticale axiale qui a été précédée, après essais en vol, d'une arête dorsale importante et en un stabilisateur rectangulaire. Toutes ces surfaces sont analogues à celles que l'on rencontre sur les avions classiques et sont munies de gouvernes de direction et de profondeur. Ces gouvernes sont actionnées par des câbles d'acier issus du volant et des pédales. Signalons que la dérive offre une surface de 0,37 m², la direction 0,186 m² et que stabilo, d'une envergure de 1,98 m, comprend un plan fixe de 0,86 m² et des gouvernes de profondeur d'une surface totale de 0,37 m².

Le train d'atterrissage : Est absolument ordinaire. C'est un tricycle offrant une voie  de 1,83 m pour un empattement de 2,44 m. Les roues principales sont portées par des jambes élastiques munies d'amortisseurs construits par la firme elle-même. Ces jambes sont à la longue course, de façon à pouvoir encaisser les chocs consécutifs à un atterrissage brutal.

"" Caractéristiques du Transcendental ""

Envergure de la voilure fixe : 6,40 m.

Envergure hors tout : 11,58 m.

Longueur du fuselage : 7,93 m.

Hauteur : 2,13 m.

Poids à vide : 658 kg.

Poids total : 794 kg.

Charge spécifique : 17,54 kg/m².

Puissance : Un Lycoming 0-290-A de 160 cv.

Performances calculées : Vitesse maximum en hélicoptère, 192 km/h; vitesse maximum en translation (avion), 256 km/h; plafond (avion), 1 525 m; autonomie, 1 h 30'.  

 

Le prototype Transcendental 1-G lors d'un essai. On remarque la grande vitesse des rotors, invisibles sur la photos.

Le projet Model 3 est une extrapolation du type expérimental 1-G. Noter l'emploi d'un empennage du type papillon.

Source des deux photos: La revue Avion Magazine n°174 de mars 1956.

Jean - Marie