Les captifs sphériques. Les aérostiers de la République
— Le matériel du colonel Ch. Renard. — Eltort de traction sur le câble. — Amélioration du captif sphérique. — § 2. Ballon cerf-volant. L’organisation du Parseval. — Dimensions usuelles.
— Ballon cerf-volant Gacaud. — § 3. luiuilihre du ballon cerf-volant, a) Répartition des pressions du vent sur la carène.
— h) Détermination des points nodaux. — c) Forces en jeu dans le cas d’un vent de vitesse — d) Cas de rupture du câble.
§ I. — Les captifs sphériques.
Les aérostiers de la première République.
— Dès l’invention du ballon, il apparut que son emploi à l’état captif pouvait rendre d’importants services aux armées en campagne, en les dotant d’un observatoire élevé d’où le regard découvrait les dispositions de l’ennemi sur une grande profondeur. On sait qu’un matériel spécial fut organisé par Coutelle et Conté, et qu’il put coopérer utilement aux opérations du siège de Maubeuge et à la bataille de Fleurus.
Les imperfections de cette première application du ballon captif à la guerre, et notamment la nécessité
de construire à poste fixe des fourneaux en maçonnerie pour la production de l’hydrogène de gonflement^ arrêtèrent l’essor de ce nouveau procédé d’observation militaire.
Le matériel du colonel Charles Renard. —
Il ne rentre pas dans le cadre de cet ouvrage de développer ici l’historique des tentatives ultérieures ayant eu pour objet l’emploi des. ballons captifs dans un but militaire, jusqu’au moment où, après la guerre de 1870, le colonel Charles Renard créa, en France, une organisation définitive et rationnelle, construisit un matériel complet et judicieusement étudié dans tous ses détails, en même temps qu’il imaginait des m.éihodes de production de l’hydrogène à pied d’œuvre, soit par des générateurs roulants, soit par le transport de gaz comprimé.
Le matériel d’ascension proprement dit de son système comprend : le ballon et la voiture- treuil , ce dernier appareil destiné à assurer les manœuvres verticales par enroulement ou déroulement du cable d’attache sur un treuil mû primitivement par un moteur a vapeur, auquel, en l’état actuel de l’indusliie, on substitue avantageusement un moteur à explosion.
Nous nous attacherons surtout ici à donner les caractéristiques du ballon lui - même.
Le ballon normal des parcs français créés par le colonel Ch. Renard est un sphérique de 54o m^ (un peu plus de 10 m. de diamètre). Il porte a son zénith une soupape à deux efl’ets, et à son pôle inférieur une appendice servant a la fois de manche
de gonflement et de soupape automatique de sûreté. Nous avons dit^ que, dans le gréement pour ascensions captives, on est forcé d’augmenter la pression intérieure, afin de résister aux rafales, et qu’à cet
A, filets, — C, conoïde. — h, barrette. — p, p, pinceaux. — B, B', barres du trapèze. — N, nacelle, suspentes. — p, fl, balancines. — q, triangle. — C, câble de retenue. — m, m, cordes de manœuvre.
effet on donne à la manche d’un ballon captif le double de longueur de celle du même ballon gréé pour ascensions libres. Dans le ballon normal, cette longueur est ainsi portée à 3 mètres.
L’enveloppe en soie pongbée de Chine est recou-
Fig. 109. — Suspension captive Ch. Renard.
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Alerte d’un filet dont les pattes-d’oie viennent aboutir à un cercle de faible diamètre, point de départ du dispositif de suspension.
Cette suspension est la partie délicate du système. On ne saurait, en effet, intercaler purement et simplement la nacelle sur le trajet du câble de retenue, qu’elle suivrait dans tous ses changements d’inclinaisons, et dont la stabilité doit être complètement indépendante. En outre, il importe d’enrayer les mouvements rotatoires auxquels un captif sphérique échappe difficilement.
La suspension dn colonel Renard' comporte les organes suivants :
a) Un conoïde de torsion, de 3 mètres de longueur environ, formé de cordelettes réparties par un bout autour du cercle de filet et, par l’autre, le long d’une barrette droite horizontale ;
//) Deux pinceaux de cordage réunissant la barrette aux deux extrémités d’une longue barre de trapèze ;
c) Le trapèze, comprenant, en outre de la barre précédente, une barre inférieure, ces deux barres réunies par des cordages latéraux;
(l) Un triangle de cordes attachées aux extrémités de la barre inférieure, et dont le sommet sert de point d’attache au câble de retenue.
e) La nacelle en osier est suspendue par des cordes et des balancines à la barre supérieure du trapèze, dans le vide duquel elle peut osciller librement.
Tout mouvement de rotation du ballon , la nacelle résistant par inertie, tord le conoïde, qui ;*éagit et constitue ainsi un frein en enrayant rapidement cette perturbation.
/) Le câble en chanvre, pesant i3o grammes par mètre courant, utilisé dans les premières installations, ne permettait pas de monter à plus de 3oo mètres à cause de son poids. On a pu lui substituer un câble métallique de looo mètres, offrant la même résistance sous un poids beaucoup plus faible par mètre courant.
Le poids de loo mètres de câble d’acier pour un ballon de 600 à 700 m'^ est donc d’environ i4 kilos.
Ce câble, avant de s’enrouler sur le tambour de touage du treuil, passe sur une poulie universelle, dont la chape obéit aux changements d’inclinaison transversale qui peuvent affecter tout le système. Nous n’entrerons pas dans plus de détails en ce qui concerne l’organisation du treuil monté sur roues, tout l’ensemble ne pesant pas plus qu’une voiture d’artillerie et pouvant circuler partout à toutes les allures.
Efforts sur le câble. — En air parfaitement calme, la seule force à envisager est la force ascensionnelle restante, après déduction du poids mort du matériel, y compris 3o kilos de lest de sécurité et le poids de l’observateur. On peut estimer que cette force ascensionnelle restante ne dépasse pas 170 kilos pour le ballon normal.
Toutefois, l’air n’est jamais complètement calme, et l’on ne saurait même se contenter d’envisager les efforts en comptant sur un vent régulier. Quoi qu’il
La Technique du Ballon. 2« édit. 13^
en soit, pour une première approximation et en supposant une vites^ uniforme V du courant atmosphérique, les expériences du colonel Renard sur le ballon l’Invalide, recouvert d*un filet, permettent d’établir que la poussée du vent a pour expression^ :
où D est le diamètre du ballon et V la vitesse du vent. Pour un ballon de lo mètres de diamètre, on aurait donc :
de telle sorte que la poussée horizontale serait égale à la force ascensionnelle disponible, dès que le vent atteint la vitesse relativement faible V == 6 m.6o par seconde.
A ce moment, l’inclinaison générale du câble suivant la résultante serait de ùS""? et l’effort de traction atteindrait : T = 170 \/2 = 24o kilos.
En outre, on peut estimer que les efforts instantanés résultant des pulsations du vent et des rafales, — le câble ne se comportant pas comme un organe élastique, — déterminent des tracJ,ions instantanées doubles de la précédente, c’est-à-dire de 48o à 5oo kilos, et qui peuvent dépasser largement cette valeur aux basses altitudes, zone dans laquelle l’atmosphère est le plus troublée. Si l’on admet un coefficient de sécurité de 10, qui est loin d’ètre excessif, on voit que le câble devrait avoir une résistance d’environ 5 000 kilos à la rupture, pour résister à un vent de 10 mètres.
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INDICATIONS COMPLÉMENTAIRES SUR LES BALLONS CAPTIFS 4o9
Améliorations. — Oq peut chercher à réduire les effets du vent en supprimant le filet qui matelasse la surface extérieure et en attachant directement les cordes de la suspension à une ralingue équatoriale cousue sur l’enveloppe lisse.
On a également intérêt, pour maintenir le ballon le plus près possible de la verticale du point d’attache, à augmenter la force ascensionnelle disponible, et par suite le volume, que l’on porte à 600 m% par exemple.
Enfin, pour éviter la formation de poches, qui augmentent singulièrement la poussée du vent, on a songé à recourir à certains artifices et notamment à l’organisation d’un ballonnet à air, que le vent peut gonfler automatiquement.
Ce ne sont là toutefois que des palliatifs, et, dans la pratique, le ballon captif n’est utilisable que lorsque le vent n’a pas une vitesse supérieure à 6 ou 7 mètres par seconde. Au delà de cette limite, il décrit des oscillations de grande amplitude dans le plan vertical et se rabat vers le sol. En outre, par le vent irrégulier et d’une orientation mal établie, tout le système est soumis à des girations qui troublent profondément les observations.
On a été conduit ainsi à chercher un dispositif soustrait aux différentes perturbations que nous venons de signaler, et l’adoption du ballon cerf-volant répond à ce désidéra tum. L’usage qui en a été fait pour le réglage du tir, pendant la guerre de 1914? nous a conduit à examiner, dans ce chapitre complémentaire, les dispositions et les conditions d’équilibre de ce genre de ballon.
§ 2. — Ballon cerf-volant.
Un cerf-volant est iin appareil dont les surfaces inclinées sur la direction du vent reçoivent de celui-ci une poussée oblique, dont la composante verticale tend à maintenir tout le système vers la verticale du point d’a«ttache au soL
Si l’appareil est lui -même doué d’une force ascensionnelle propre, — ce qui est le cas d’un ballon de forme appropriée, — cette force ascensionnelle s’ajoute à la composante verticale de la poussée du vent pour accentuer l’effort de redressement.
C’est sur ce principe qu’a été construit le ballon cerf-volant, — ou drachen -ballon , — inventé par le major bavarois Von Parseval, avec la collaboration du capitaine Von Sigsfeld, vers l’année 1907*.
Ce ballon s'est répandu dans la plupart des armées étrangères. Il a été immédiatement étudié en France, et, s’il n’a pas été adopté avant 1914, néanmoins dès que la guerre de positions, où le rôle des observatoires aériens prend une grande importance, s’est substituée à la guerre de mouvements, le service aéronautique de l’armée française en a construit rapidement un grand nombre, pour être utilisés notamment au réglage du tir de l’artillerie.
Organisation du ballon cerf volant* — Le
drachen-ballon Parseval se présente sous la forme d’un cylindre terminé par deux calottes hémisphériques en étoffe caoutchoutée double. La permanence de forme
INDICATIONS COMPLÉMENTAIRES SUR LES BALLONS CAPTIFS 4Gl
iadispensable à la régularité de raction du vent et à sa symétrie est obtenue par un ballonnet à air, constitué à barrière par une cloison ou diaphragme. Son volume, lorsqu’il est plein, est du i/4 du volume total.
L’inclinaison normale du ballon Parseval sur le vent est de 20"", et dans cette position , si le vent est horizontal, la ligne de couture de cette cloison sur l’enveloppe est également horizontale. Cette inclinaison de 20” semble devoir être un maximum. De même que, pour les aéroplanes, on est conduit à diminuer l’angle d’attaque lorsqu’on veut njarcher à de grandes vitesses, il est avantageux de réduire l’inclinaison du ballon cerf-volant pour affronter des vents violents.
La poche du ballonnet communique avec l’extérieur par une manche à vent , placée sous l’enveloppe et où le vent s’engouffre. La tension de l’air tend ainsi à s’équilibrer à l’intérieur et à l’extérieur; elle soulève le diaphragme en comprimant le gaz de gonflement qui remplit le ballon proprement dit, ce qui permet de résister aux pressions extérieures qui tendent à creuser des poches dans l’enveloppe.
Une soupape de sûreté, placée au pôle de la calotte sphérique antérieure, limite automatiquement la pression intérieure de l’hydrogène. A cet effet, la corde de soupape est attachée au diaphragme; sa longueur est déterminée de manière qu'elle soit tendue lorsque, le ballonnet étant à peu près vide, le diaphragme est près d’atteindre sa position limite en se collant à l’enveloppe extérieure du ballon, sous l’action de la poussée de l’hydrogène.
Le corps cylindrique ainsi constitué n’aurait aucune
stabilité dans le vent, s’il était réduit à lui-même. Il faudra donc y ajouter des organes de stabilisation, qui sont au nombre de trois : un gouvernail, des ailerons, une queue.
Le gouvernail.. — Le gouvernail est une fraction de tore en toile fixé par des attaches en cordes autour de la partie inférieure de l’arrière. Il porte à son extrémité la plus basse une manche à air ouverte au vent, qui s’y engouffre et gonfle le tore automatiquement. Une petite ouverture au sommet permet à l’air en excès de s’échapper. L’air qui remplit le ballonnet peut d’ailleurs s’échapper également, par un clapet, dans le gouvernail, de manière à établir un certain équilibre de pression entre les deux capacités.
Les ailerons sont formés par des voiles rectangulaires attachées sur les deux flancs de la carène, vers l’arrière. Ils sont soulevés par le vent et maintenus par des cordes en pattes-d’oie. L’action du vent sur les ailerons donne une composante verûcale qui soulage l’arrière, ou sont attachés les poids morts les plus considérables, contribuant ainsi à assurer l’inclinaison normale du ballon.
La queue, tout à fait analogue à celle d’un cerfvolant ordinaire, est constituée par un cliapelet de cônes en toile, enfilés sur un cordage, et qui, sous l’action du vent, contribuent puissamment à assurer l’orientation du ballon.
L’attache et la suspension. — Le ballon cerfvolant ne comporte pas de filet. Les attaches sont
faites par des cabillots terminant les cordes de pattesd’oie et s’engageant dans les ^boutonnières d’une ralingue en toile cousue le long de l’enveloppe, un peu au-dessous de la région équatoriale.
Pour l’attache du câble de retenue, des pattes-d’oie
sur chaque flanc se terminent par deux points nodaux a et b, auxquels s’attache, par ses deux bouts, une coursière le long de laquelle peut rouler la poulie qui termine le câble. Il est nécessaire, en effet, que le point d’attache se déplace lorsque l’inclinaison du câble varie, afin que celle du ballon sur le vent reste normale. Le câble de retenue est composé de fils d’acier. Il est constitué par tronçons de loo mètres
réunis à clavette. L’acier a une résistance à la rupture de 200 à 2 20 kilos par mm^.
Pour un ballon de 600'"3 poids de 100™ de câble \
— 1 000 à 1 ICO — 16k
La nacelle, qui pèse 2/4 kilos, est suspendue à des pattes-d’oie sous la partie arrière; des cordes de rappel la rattachent aux deux extrémités du ballon.
TYPES COURANTS : Drachen - ballons pour T. S. F.
Drachen- ballons montés. But de tir. Obs. météorologiques.
