CHAPITRE XVI

SOUPAPES ET A PPE AD IGE S

§ 1. Des soiipnpes. — Usage de la soupape. — Son emplacement. Deux effets. — Divers types de soupapes. — Dimensions. — Panneau de déchirure. — Soupape mixte Besançon. — § 2. Des appendices. — Détermination des dimensions. — Forme et construction. — Manche de ballon captif. — Clapet de sûreté.

§ I. — Des soupapes.

Usage de la soupape. — Dès qu’on a songé, pour gonfler un ballon, à substituer un gaz léger à l’air chaud des montgolfières, il a falJu se ménager un moyen de lâcher à Yolonté une partie du gaz, pour déterminer la descente ou arrêter un mouvement d’ascension, et l’inventeur des premiers ballons à gaz, le physicien Charles, est aussi l’inventeur de la soupape.

A vrai dire, l’organe dont il s’agit mérite assez peu cette dénomination, à laquelle s’attache presque toujours l’idée d’une manœuvre automatique : la soupape des ballons agit plutôt à la manière d’une vanne que l’on ouvre et que l’on ferme à volonté.

Son emplacement. — Quoi qu’il en soit, l’emplacement naturel de la soupape est le pôle supérieur du ballon, près duquel la pression apparente atteint sa

SOL PAPES ET APPENDICES

valeur la plus forle. L’étude que nous avons faite de la vitesse d’écoulement des gaz par les orifices, et de ses variations suivant la hauteur de ces orifices le long du méridien, montre que cette vitesse va en croissant de la base au sommet du ballon , en sorte que la moindre fissure pratiquée vers le zénith provoquerait rapidement le dégonflement du ballon. C’est donc l’emplacement où il convient de placer la soupape pour évacuer, sous les dimensions relativement faibles de l’orifice, la quantité convenable du gaz dans l’unité de temps.

On voit en outre qu’il est essentiel que celte soupape soit hermétique et qu’elle se referme exactement après la manœuvre.

Deux effets. — Enfin, en dehors de la manœuvre momentanée qui permet l’expulsion d’une quantité de gaz déterminée, il est nécessaire qu’on puisse à l’atterrissage, d’une manière définitive, ouvrir une issue assez grande par où le ballon se vide rapidement. Lorsque cette issue fait partie de la soupape elle-même, on dit que celle-ci est à deux effets. On peut également rendre les deux manœuvres indépendantes, en organisant un panneau dit de déchirure, carreau d’étoffe ou portion de fuseau que l’on arrache, ouvrant ainsi une large plaie béante, assez grande pour que le gaz s’écoule en quelques minutes.

Divers types de soupapes. — Le type de soupape le plus ancien, construit dès 1788, par le physicien Charles, est encore fréquemment employé aujourd’hui. 11 est des plus simples et consiste en un cadre circulaire en bois, qu’une traverse diamétrale divise en deux parties. Cette traverse porte des charnières de

deux Yolets également en bois, ouvrant vers l’intérieur et que des ressorts formés d’un écheveau de caoutchouc

passant sur un chevalet suffisent à maintenir collés sur leur siège, dans les rainures du cadre.

Les volets sont munis, sur leur face inférieure, de cordelettes qui se réunissent en un seul cordage de

SOUPAPES ET APPENDICES

manœuvre. Ce cordage pend à travers le batlon, traverse la partie basse de l’enveloppe par un trou que ferme un bouchon, et vient s’attacher à la suspension, sous la main du pilote.

Fig. 65. — Soupape Yon pour grands captifs.

Cette soupape a pour elle le mérite de la simplicité, et c’est à la rusticité même de sa construction qu’elle a dû d’être à peu près exclusivôment employée pendant longtemps; mais ses défauts sont nombreux et graves.

i'’ Quand les volets s’ouvrent complètement, il n’est pas rare que l’on dépasse l’espèce de point mort

IA TiiCHNIQUE DU BALLON

OÙ les ressorts tendeurs ^deviennent sans action : la soupape ne se referme pas, lorsque raéronaute cesse d’opérer toute traction sur la corde. On a souvent, pour remédier à ce grave défaut, muni la soupape de heurtoirs qui limitent l’ouverture des volets.

2"" Les ressorts en caoutchouc ont l’inconvénient d’être très sensibles aux variations de température et de durcirai! froid. D’autre part , les ressorts métalliques qu’on leur substitue souvent n’offrent pas non plus toute sécurité à l’aéronaute.

S"" L’obturation est loin d’être complète sur le pourtour des volets, qui sont exposés à se voiler sous les influences atmosphériques. Aussi les anciens aéronautes avaient -ils soin de calfater le joint de la soupape au moyen d’un lut en farine de graine de lin. L’obturation était bonne tant que l’on n’avait pas besoin de manœuvrer la soupape ; mais après qu’on l’avait ouverte en brisant fort inégalement le lut durci, on ne pouvait pas être assuré de la fermeture ultérieure.

C’est aux défectuosités de cette soupape qu’a été dû l’accident survenu au grand ballon V Univers, dans lequel Godard enlevait, en 1876, de nombreux passagers, parmi lesquels figuraient le colonel Laussedat, le capitaine Cb. Renard et M. Albert Tissandier.

Ce dernier, le seul des passagers qui n’eût pas été blessé dans la chute, raconte qu’il courut examiner la soupape, dont un des clapets se trouvait grand ouvert. Il en conclut que les caoutchoucs étaient trop faibles et n’avaient pas l’élasticité nécessaire pour faire remon ter le clapet une fois tombé b

1 G. Béthuys , p. 193. — G. Espitallieu, 4, p. 21.

SOUPAPES ET APPENDICES

La soupape a reçu, depuis lors, de nombreux perfection nemenls qui ont fait disparaître les dangers que cet accident mettait en évidence. Gitfard , le premier, disposa sur le pourtour de la couronne un joint en caoutchouc sur lequel venait s’appuyer un couteau circulaire entourant les volets. Des ressorts métalliques à boudin furent substitués aux éclieveaux de fils de caoutchouc pour maintenir les volets fermés.

Puis, dans la soupape Yon notamment, on remplaça les volets à charnières par un disque glissant le long d’un axe normal au cadre.

Dans la soupape imaginée par le ca-

3i0 LA TECHNIQUE DU BALLON

pitaiiie allemand Von Sigsfelcl, qui trouva la mort dans un accident d’atterrissage, le disque n’est plus guidé par une tige centrale, mais par des équerres à charnières placées sur la circonférence.

Le principe néanmoins reste le même , et la soupape classique comporte encore , dans la plupart des ballons, des volets ou un disque, maintenus par des ressorts et s’ouvrant vers l’intérieur, lorsqu’on tire de la nacelle une cordelette qui traverse toute la masse gazeuse.

Or les soupapes de ce genre participent toutes des mêmes inconvénients généraux, savoir :

1® L’impossibilité Fig. 67. — Soupape sigsfeid. d apprécier le degre

d’ouverture, et, par suite, le débit dans un temps donné, ce qui expose à lâcher trop ou trop peu de gaz ;

2"" La nécessité, si l’on n’a pas quelque autre organe d’évacuation, de maintenir la traction sur la cordelette de commande pendant tout le temps qu’on juge à propos de laisser la soupape ouverte. C’est ainsi qu’au moment de l’atterrissage, lorsqu’il s’agit de vider complètement le ballon, l’aéronaute est forcé de se sus-

SOUPAPES ET APPENDICES

pendre, pour ainsi dire, à la corde de soupape, alors qu’il aurait grand besoin de ses mains pour les soins multiples que réclame la situation, tandis que les rafales et le tramage donnent à l’enveloppe, en partie dégonflée, un mouvement de soufflet qui allonge et raccourcit irrégulièrement la distance de la soupape à la nacelle, sans que le pilote puisse se rendre compte de son action exacte sur la soupape.

Un bon appareil devrait donc être conçu d’autre sorte et comporter deux modes d’action distincts : le premier, momentané, pour les manœuvres de route, permettant de graduer exactement le débit ; le second, définitif, pour l’atterrissage, qui permet réchappement rapide et complet du gaz, en rendant toute liberté à l’aéronaute pour s’occuper des autres manœuvres.

Il existe des soupapes satisfaisant à ces desiderata. Nous en citerons deux : celle du colonel Renard, exclusivement appliquée à nos aérostats militaires, et celle de M. Henri Hervé, l’inventeur bien connu des divers engins expérimentés sur la Méditerranée pour les ascensions aéro- maritimes.

La soupape à double effet du colonel Renard se compose essentiellement d’un cylindre en carton comprimé, que l’on introduit verticalement dans le vide .ménagé au pôle supérieur de l’enveloppe , en ligaturant la collerette de cette enveloppe par plusieurs tours fortement serrés d’une cordelette de coton. Tel quel et ainsi tout ouvert, ce cylindre laisserait échapper le gaz à flot: on a pour premier soin de coiffer son orifice inférieur d’un bonnet en toile caoutchoutée ou vernie, serrée sur le bord par un caoutchouc. Mais le gaz trouverait encore de nombreuses issues; ce sont des fenêtres ovalisées

percées sur le pourtour du cylindre. Pour les obturer, on entoure ce cylindre d’un manchon à double paroi en caoutchouc, qui aveugb les fenêtres en s'appliquant exactement sur la paroi.

Fig. 68. - Soupape Renard ouverte. Fig. 68 bis. - Soupape Renard fermée.

Un tube souple en caoutchouc , terminé par une poire vers l’extrémité qui se trouve dans la nacelle, grimpe au flanc du ballon, s’attache à la soupape et permet d envoyer de 1 air comprimé entre les deux parois du manchon. Ces parois s ecarlent alors, et le manchon tend de plus en plus à prendre la forme d’un tore,

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découvrant ainsi peu à peu les fenêtres par où le gaz du ballon peut s’échapper.

La manœuvre est simple. Un manomètre indique à l’aéronaute la pression dans le manchon, et une expérience préliminaire permet de dire quel est le débit correspondant. Il suffit, d’ailleurs, d’ouvrir un robinet pointeau , pour que l’air comprimé s’échappe et que le manchon s’aplatisse de nouveau sur le cylindre. \oilà donc la manœuvre de route, momentanée et graduée, dont l’aéronaute a besoin. Mais veut-on,, au contraire, ouvrir une issue définitive au gaz, pour l’atterrissage et le dégonflement.^ On saisit une cordelette qui, à travers le ballon, va s’attacher au bonnet verni obturant le gros orifice du cylindre; on tire, et le bonnet arraché ouvre au gaz l’issue demandée.

Les soupapes inventées par l’ingénieur Henri Hervé sont également à double effet. Les deux effets sont réalisés par les deux manœuvres suivantes :

i"" Ouverture de la soupape, obtenue sous l’action de la main du pilote, avec fermeture dès que celui-ci cesse d’agir (manœuvre momentanée) ;

2'' Ouverture à la main, restant permanente jusqu’à ce qu’on fasse une manœuvre spéciale pour la fermeture.

Le double mouvement est produit, soit par des cordes traversant le ballon , comme dans les soupapes ordinaires, soit par une commande pneumatique composée d’une poire de compression et d’un tube de caoutchouc partant de la nacelle et se rendant à la soupape, qui est elle -même composée d’un disque à soulèvement. Un indicateur électrique permet de se rendre compte du degré d’ouverture, à chaqué instant.

Ces soupapes sont extrêmement ingénieuses, un peu lourdes peut-être, et c’est sans doute à cette raison, en même temps qu’à une certaine complication de leurs organes, qu’il faut attribuer leur peu de vùlgarisation.

Dimensions des soupapes. — On ne peut pas poser de règles absolues permettant de déterminer d’une manière indiscutable les dimensions qu’il convient de donner aux soupapes; mais on a cependant basé quelques règles générales sur les effets qu’on veut obtenir. S’agit- il des manœuvres momentanées.^ en effet, l’écoulement doit être assez rapide pour que son action se fasse sentir dans un temps suffisamment court.

On admettra comme un fait d’expérience qu’une soupape à deux effets sera bien proportionnée si elle permet d’évacuer par seconde, pour la manœuvre

momentanée, ^ capacité totale, et, dans

le déclenchement définitif, à l’atterrissage, une quantité quadruple, soit volume total.

A la vérité, on ne saurait admettre que la vitesse d’écoulement reste constante. Elle diminue avec la pression intérieure; mais il serait fort compliqué d’étudier la loi de ces variations, sans qu’on y trouvât une véritable utilité pratique.

La règle que l’on s’impose et qu’indique le commandant Ilirschauer ’ , c’est que le ballon doit perdre^,

pendant la première minute d'ouverture , du

^ (Commandant IlmsciiAUEn , p. 169.

SOUPAPES ET APPENDICES

air;

volume total du gaz par le petit orifice [manœuvre

momentanée) et

par le grand {dégonflement

définitif).

La vitesse générale d’écoulement par un orifice situé à une distance verticale z de la tranche d’équipression

est :

où A est la force ascensionnelle du gaz et b son poids spécifique. Ce poids spécifique varie d’ailleurs avec la pression extérieure y, et l’on a ù=yù^, d’où par

suite :

Dans le cas qui nous occupe, la manche d’appendice se vide très rapidement, et l’on admettra que, presque au début, z = D (le diamètre du ballon), ce

qui donne : ’

=Vw“”'

Cette formule suppose, d’ailleurs, que l’écoulement est iso thermique.

Si (0 est la section de l’orifice, l’écoulement par seconde serait : Vco, et, par minute, Yto X ^o. Toutefois, il convient de tenir compte de la contraction delà veine gazeuse et des frottements. L’expérience montre qu’il faut en définitive réduire le débit à :

-y Yco X 6o

ou Y(o X

Si l’on veut que ce débit soit on écrira :

du volume total,

V«Xi5 = ^X-6-^DS

et l’on en tire, en substituant à V sa valeur précédente : CO = — . r=- i / — ip ,

n QO\/2cj V A

ou

, =0,0078^ dI.

En désignant par co la section du petit orifice pour la manœuvre momentanée et par (O2 celle du grand orifice pour la manœuvre finale,^ on aurait :

HYDROGENE

A = 1,1, o,oo9.

f t0i = o,oooo8D 2 .

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