EXPÉRIENCES SUR LE VOL MÉCANIQUE

par Victor TATIN.

Nous essayerons d'imiter la natare et nous verrons, une rois de plus, que c'est en s'tnspirant d'elle qu'on a le plus de chance de résoudre les problèmes qu'elle à résolus.

Marey. — La Machine animale. — Introduction,

Avant d'exposer les résultats des expériences que j'ai faites dans son laboratoire , M. Marey me prie de raconter som-. mairement les recherches que j'avais entreprises depuis Tannée 1&74. Il tient à montrer un expérimentateur aux prises avec des difficultés sans cesse renaissantes, et pense que, de cette façon, on suit mieux l'idée générale qui a présidé à la recherche. Je me conformerai à ce plan et passerai en revue les expériences que j'ai tentées pendant ces trois dernières années.

Année 1874. — J'avais toujours regardé la solution du. problème du vol mécanique comme un€ utopie, mais j'appris avec intérêt que plusieurs expérimentateurs étaient arrivés à quelques résultats, sinon tout à fait satisfaisants, au moins encourageants. Après avoir entendu souvent parler de ces expériences, je pensai qu'en essayant des recherches sur ce sujet j'obtiendrais peut-être aussi quelque succès.

Je me mis alors à construire moi-même un oiseau mécanique en mettant à profit l'emploi du ressort de caoutchouc tendu par torsioij etdéjà employé par MM. Penaud et Hureau de Villeneuve pour le même objet (1).

(1) Mon appareil est Irès-pclit et se compose d'un bâti en bois à l'avant duquel est placée une petite machine destinée à transformer le mouvement circulaire du ressort on deux mouvements latéraux de va-et-vient.

A cet effet, une manivelle reçoit l'effort du caoutchouc et commando une

Sft V. TATIN.

Les essais faits au moyen de cet oiseau ont été très-satisfaisants ; il prenait son vol sans aucune impulsion au départ et parcourait à peu prés 15 à 20 mètres.

Malheureusement, ces petits appareils sont peu propres à faire des expériences concluantes à cause de leur petitesse et partant de l'impossibilité de saisir leurs mouvements et surtout de chiffrer leur dépense de force. Le caoutchouc se prête du reste difficilement à ce^ mesures, à cause de la grande inconstance de son rendement.

Jusque-là, je m'étais peu occupé du parti qu'on pouvait tirer de mes expériences et je pensais à en rester là, mais quelques personnes, des plus avancées en aviation, ayant vu fonctionner mon petit appareil, m'engagèrent vivement à continuer ces expériences, qui leur semblaient avoir déjà réalisé ua progrès notable sur ce qui avait été fait précédemment. G'esi à cette époque que j'eus connaissance des travaux de M. Marey sur cette intéressante question ; ils me parurent très-clairs et m'ouvrirent des vues nouvelles me donnant un vif désir de faire, moi aussi, des recherches sur ce siyet.

Une des premières idées que je cherchai à vérifier fut la suivante: Il me semblait que l'oiseau, en abaissant ses ailes, n'utilise pas d'une façon complète la force qu'il dépense ; que peut-être un effet de force tîentrifuge rejetait en dehors une partie de l'air frappé, sans profit pour la sustension.

|[>ieU« articulée sur un guide glissant entre deux colonnes; ce guide transn^ei son mouvement d'élévation et d'abaissement à deux petits humérus d'a«i^ mobiles autour d'un axe horizontal commun, au moyen de deux petites bielles. A l'arrière du bâti se trouve un -crochet à cliquet qui permet de remonter le ressort sans aucun mouvement de la machine. Les ailes sont faites d'une côte de plume ébarbée et repliée en forme de raquette ; \q voile de l'aile est en baudruche. Cette matière légère et solide me paraît devoir être utilisée de préférence aux papiers ou étoffes que Ton avait employés jusque-là. Ces ailes sont montées sur l'appareil au moyen d'un petit tube métallique fixé à la partie forte de la plume et dans lequel pénètre l'humérus d'acier qui est cylindrique, ce qui permet un mouvement de rotation du voile autour de l'axe de Thumérue «t facilite ainsi les changements d'inclinaison du plan. Un ûl partant de la nervure principale de l'aile ^ passant par-dessus le voile et fixé à f arrière j accompagne l'aile {dans son mouvement et en jnaintient le plan voisin de l'horizontale pendant^ l'abaissée ; le voile est tout à fait libre pendant la remontée. Une plume de queue de paon, coupée près de l'œil, est placée à l'arrière et sert de queue. Le tout pèse 5gsl5 dans lesquels sont compris l&'.bO de ressort ; l'envergure est de 0»,24.

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Pour vérifier cette supposition, je construisis un appareil dans lequel deux ailes placées sur le prolongement d'une même tige pourraient s'élever et s'abaisser au-dessus du corps, en n'ayant qu'un mouvement de rotation autour de l'axe de la nervure principale , afin de pouvoir opérer les changements de plan (1). Cet appareil ne donna pas de bons résultats.

Revenant alors à mon premier type d'oiseau artificiel, je voulus me rendre compte d'un point intéressant : savoir si les bons résultats obtenus avec un petit appareil peuvent aussi être obtenus avec un grand. Je construisis, à cet effet, un oiseau dont le» dimensions linéaires étaient doubles environ de celles du premier, me proposant de réaliser après celui-là d'autres appareils de plus en plus grands. Je voulais, en même temps, m'assurer s'il n'y avait pas avantage à diminuer le plus possible l'amplitude des battements, afin d'éviter l'effet de force centrifuge dont j'ai parlé plus haut, si, toutefois, cet effet se produit à un degré nuisible dans le vol des oiseaux.

Pour diminuer l'amplitude, je donnai un peu plus de Ion* gueur relative au bras de levier de la puissance et crus pou-

voir employer une surface içilaire plus grande; au lieu de O'^jiS qu'il devait avoir, je donnai au nouvel oiseau 0"',75 d'envergure. J'échouai complètement dans cette tentative ; l'inertie de l'aile paraissait en alourdir les mouvements, et je fus obligé, pour faire voler l'appareil, de réduire l'envergure à 0"",55. J'avais utiUsé un système de machine déjà employé avant moi par M. Penaud, et qui a l'avantage de pouvoir être construit assez rapidement, mais qui donne des battements un peu inégaux. Je n'ai pu obtenir, avec cet appareil, que des résultats médiocres, quoique j'aie installé mes ailes de la même

(1) Je construisis à cet effet une machine au moyen de laquelle les deux ailes, réunies en une seule, pouvaient s'élever et s'abaisser ensemble tout en conservant l'horizontalité de leur grande nervure. Je nomme cet appareil : oiseau à une seule aile. Il n'a donné aucun résultat qui mérite d'être relaté, quoique j'en aie changé plusieurs fois l'aile et modifié quelques dispositions secondaires. Je pense, cependant, qu'il sera bon de ne pas l'oublier complètement. Il me semble qu'il y a là un bon principe, et peul-ûlre y reviendronsnous.

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façpnque dans mon premier essai. Je n'obtins qu'une douzaine de mètres environ de translation dans les meilleures expériences. Aussi . abandonnai-je la construction de ces petits mécanismes, pour entreprendre immédiatement celle d'un appareil qui nie semblait plus important : un oiseau mécanique portant en lui un générateur de travail.

Année 1875. — Dans les appareils construits Tannée précédente, la force dépensée m'avait paru être de 3 kilogrammètres environ par seconde et par kilogramme d' appareil. En supposant exacte cette donnée, qui en vérité, n'est qu'approximative, je fis le plan d'un grand oiseau qui dfîvait peser un kilogranune, et qui serait mû par une petite machine à vapeur. Je construisis, à cet effet, une petite chaudière au moyen de cinq tubes en acier (1).

(1) Ces tubes sans assemblage sont disposés verticalement les uns devant les autres comme des quilles alignées ; le tube du milieu, plus haut que les autres, servoit de dôme ; les bout» des tubes étaient foncés d'une rondelle en acier sertie; ils étaient reliés entre eux par deux tubes horizontaux de plus petit diamètre et qui traversaient le tout, en haut et en bas. Une soupape de sûreté avec levier et ressort était au centre du dôme, et près d'elle se trouvait la prise de vapeur.

Cette chaudière était enfermée dans une enveloppe de tôle, à une distance convenable pour permettre la circulation des flammes et des gaz chauds. En avant se trouvait le foyer et en arrière une cheminée en mica.

J'éprouvai alors cette chaudière et, la trouvant sufflsamment résistante, je m'occupai de la construction du reste de l'appareil.

La machine se compose d'un cylindre à simple effet, en acier, dans lequel se meut verticalement Un piston fixé par sa tige à un guide sur lequel sont articulées à droite et à gauche deux pièces d'acier qui seront les humérus de l'oiseau. Sous chacun d'eux s'articule une bielle dont l'autre extrémité est reliée à un bâti placé sous le cylindre. Au-devant de cet ensemble est placé un petit manomètre indicateur de la pression dans la chaudière et pouvant indiquer Jusqu'à 30 kilogrammes. Derrière le cylindre se trouve la distribution qui consiste en un robinet à trois voies ; la vapeur peut ainsi arriver sur le piston et produire l'abaissée des ailes. A la fin de chaque course, le robinet est tourné de 90 degrés par UDe tige mise en mouvement par le guide, et la vapeur qui vient de travailler peut ainsi s'échapper pendant le mouvement inverse du piston qui s'opère aussitôt que le robinet a changé de position sous la commande de la tige disposée à cet effet.

La vapeur ne devant agir que d'un seul côté du piston, le cylindre est ouvert par en haut, et la relevée des ailes se fait 9u moyen d'un ressort placé au-dessus de la machine.

Ce ressort est en caoutchouc; il est fixé en Mut à Un petit matereau et en bas à l'extrémité extérieure de l'humérus ; il est tendu par chaque abaissée

VOL MÉCANIQUE. '9i

Le chauffage de la machine présenta de grandes difficultés : j'ai dû essayer successivement toutes sortes de combiistibles, tels que f bois résineux,- charbon de bois ou coke imbibés de liquides inflammables, mèches de coton également imbibées et jusqu'à une lampe à alcool à deux becs. C'est avec l'essence minérale et surtout avec Téther que j'ai obtenu les moins mauvais résultats.

La surface dû piston et sa course étant calculées de telle façon qu'une révolution complète des ailes correspondît à un kilogrammètre par dizaine de kilogr. de pression, je comptais donner un battement et demi par seconde à 20 kilogr. de pression, ce qui représentait les 3 kilogrammètres quej'avais jugés nécessaires.

Après bien des essais, bien des modifications plus ou moins importantes, je n'eus à constater qu'un échec complet. Je n'ai jamais pu faire produire à ma machine qu'un kilogrammètre et demi à peine.

Une plus grande production de vapeur au moyen d'une chaudière dont la surface de chauffe serait -plus considérable me donnerait certainement plus de force, mais en augmentant le, poids de l'appareil, de sorte que je serais toujours dans d'aussi mauvaises conditions.

J'avoue que cet échec me refroidit un peu; ma position ne me permettant pas de me livrer à ces études autant que je le désirais, je suspendis ces travaux! Mais je ne pus m'empécher de songer à différentes combinaisons mécaniques grâce auxquelles la machine me semblait devoir voler. Ce fut bientôt une véritable obsession. « Il faut que cette machine vole, » me disais-je, et, prêt à de nouveaux sacrifices, je me remis à l'œuvre. C'était au mois de mars, et j'étais bien Join de croire que, quinze mois plus tard , après avoir surmonté bien

des ailes et produit la relevée en revenant sur lui-même, à la fln de chaque course ascendante du piston qu'il (ait ainsi redescendre. Les ailes se composent d'une nervure principale en roseau et d'un voile formé ^'uue étoffe de coton très-légère maintenue tendue, dans le sens de sa largeur, par des côtes en bois léger. Une queue de même étoffe que les ailes est placée à l'arrière. H} J'ai disposé dans cet appareil un ressort sous chaque aile afin de rappeler

toujours en avant la face inférieure du voile et pour produire , pendant la remontée de l'aile, cet effet de cerf- volant qui a été souvent signalé déjà.

des difficultés, je n'aurais pas encore atteint le but désiré.

Il me sembla que, pour alléger la machine, il y avait avantage à remplacer la vapeur d'eau par un gaz comprimé. Je rejetai l'emploi de l'acide carbonique et celui de l'hydrogène, redoutant, dans le premier cas, l'entraînement de vapeurs acides qui eussent altéré les organes de la machine, dans le second, une complication et une cherté excessives du mécanisme à établir. Je m'arrêtai à l'emploi de l'air comprimé, non pas que je prétende que ce système de moteur doive être adopté pour une grande machine, mais, il me semble préférable, sous bien des rapports, pour des essais en petit.

La chaudière est donc supprimée et remplacée par un récipient en tôle d'acier de même poids, je la raccorde à ma machine et je me sers du même manomètre qui existait dans ma machine à vapeur. Au-devant du récipient qui est cylindrique, avec fonds bombés, se trouve une soupape s'ouvrant de dehors en dedans et pouvant recevoir le tube qui amène l'air. Une pompe dont je dois le modèle à la complaisance de M. Paul Giffard me sert à refouler l'air dans le récipient jusqu'à 30 kilogr. de pression au besoin (1).

Comptant alors être dans les meilleures conditions possibles, je transportai le tout à la campagne, où je me proposais de faire voler mon oiseau en plein air. Espoir déçu : la machine ne volé pas ; elle va tomber assez lourdement à quelques mètres.

Cependant je modifiais toujours quelque détail : entre autres, je dois signaler la substitution de la soie au coton que j'avais employé dans la construction des ailes; je gagnais ainsi quel» ques grammes, ce que je considère comme important, vu l'inconvénient qui doit résulter de l'inertie d'une aile trop lourde. Je renouvelai souvent les mêmes expériences, et à chaque fois, l'appareil en tombant se brisait quelque pièce; il me fallait, chaque jour, faire à Paris des réparations dans la journée, et à la campagne, le soir, des expériences presque désespérantes. Enfin je vois arriver la mauvaise saison sans avoir obtenu encore de résultats satisfaisants.

(1) Pour ma sécurité, j'ai fait soumettre préalablement le récipient à 70 kilogr. de pression'; il a résisté à cet essai.

Je trouve cependant à Paris un hangar à fourrages qui est assez gracieusement mis à ma disposition et je puis encore ffiire quelques essais. Enfin, après avoir changé plusieurs fois la forme et la grandeur dès ailes, après avoir fait fonctionner mon appareil à des pressions diverses, lui avoir fait dépenser jusqu'à 7 oU 8 kilogrammètres par seconde, je conclus que quelque grossière défectuosité doit m'échapper, le meilleur résultat m'ayant donné à peine 10 mètres de chute oblique.

M. Marey, an courant de mes essais, mit alors à ma disposa tibn son laboratoire, ses appareils enregistreurs et enfin ses profondes connaissances sur tout ce qui touche à là question du volet à la fonction des divers organes des oiseaux. J'acceptai avec un grand plaisir : j'allais avoir soUsJes yeuiles intéressants graphiques obtenus avec des oiseaux vivants; je pourrais les comparer à ceux que j'obtiendrais avec mon ap-r pareil.

« Certainement, me disais-je, on doit trouver lé déîaùt'dës appareils mécaniques, » et je hë doutais pas d'arriver enfin' au résultat depuis si longtemps poursuivi. '

Année 187&. — Expériences faites dans le Laboratoire de physiologie de M. Marey (Collège de France).

Mon premier soin fut d'installer au centre du laboratoire un manège du plus -grand rayon possible. J'employai à cet effet un lourd pied fixe, déjà disposé pour un usage analogue, et sur lequel peut s'adapter une grande pièce centrale s embrochant sur un arbre vertical autour duquel elle peut tourner en portant, sur une plate-forme, un cylindre àenregistrer et des tambours à levier. :

Je fis alors un long bras se terminant à son extrémité libre par une sorte de grande fourche dont les deux dents', étaient solidement reliées entre elles, à leur pointe, par une' traverse sur laquelle on peut fixer l'appareil volant au moyen d*mne-eG^rreie de euir;- cette disposition permet à r^ile qui* est tournée vers le centre du manège de s'élever et de s'a^baisser au-dessus et au-rdessous de l'horizon sans rien heurter. Ce bras est mobile, dans le sens vertical, autour d'un axe placé sur là pièce centrale du ihanége, ce qui permet de le descendre jusqu'à terre en cas de besoin ; il peut aussi être

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élevé à une hauteur variable selon la nécessité, au moyen d'un (XHrdage passant sur une poulie à émérillon suspendue au plafond, qu centre de la salle. L'ensemble de cet appareil étant ainsi disposé, on descend l'oiseau, on le met sous pression, puis, après l'avoir remonté à une hauteur convenable, on ouvre le robinet d'admission. Â^ussilât la machine est en mouvement. ,

La puissance du vol est suffisante pour entraîner le manège, qui cependant est très-lourd, et l'oiseau fait ainsi dix à onze tours dans ta salle. On peut alors observer à loisir les mouvements de la machine. Le manège a environ 20 mètres de circonférence, ce qui dcrfine, pour le parcours effectué, une longueur d'au moins âOO mèftres. Plusieurs expériences ont été faites ainsi, chaque joar apportant quelque modification nouvefle- ■

Fi|. 34. — Cporbe* des iiiciveni«nu d'élêvalion El.d'ibaissenienl it l'iite. 1. Coirbe recacillie sur le pigeon par M. Harcy. !. Courbe d'où alMau mécanique i re<«ort de caonithonr. 3. Cavrbn des BiouveiiiEDUde l'aile de l'ippareil méciaiqte li air cfimprîmè. Ob renarqâe l'analogie de cette dernière avec celle obtenoe s»t la naiure,.

' J'appliquai les apparais enregistreurs pour déterminer les

mouvements de Taile de Toiseau mécanique et je vis (fig. 34) que les mouvements de mon appareil ont beaucoup d*analogie avec ceux de T oiseau naturel. Ces expériences ne révèlent aucun défaut qui explique pourquoi l'appareil ne peut voler lorsqu'il est libre.

Une considération m'a frappé déjà Tannée dernière et me revient alors à l'esprit. Il est bien reconnu aujourd'hui que l'oiseau ne trouve à employer utilement la force qu'il déploie qu'autant qu'il agit sur des couches d'air sans cesse nouvelles, c'est-à-dire que, plus il a de vitesse, plus l'air offre de résistance sous son aile, et, par conséquent, plus le point d'appui est solide.

Or, je me souvins que cette Vitesse si nécessaire manquait précisément à mon appareil; chaque fois que je le lâchais en plein air, de sorte que sa course rie répondait pas au nombre des battements. « C'est à cela que tiennent tous nies échecs. Que j'obtienne la translation rapide et j'aurai le succès! » Mais comment obtenir celte, rapidité de translation ? ' Je repassai dans. mon esprit les travaux de M, Marey,;Geux. de-Weriham,.que:je rie' connais pas complétëriient, puis^l'i^: dée si intéressante de Hensôn qui. entraîne,, au moyen d'hélices, un cerf- volant très-laree et très-court ou aéroplane... Gei^ ingénieur n'a cherché qu'à donner la vitesse à son appareil ; quand celle-ci est suffisante, la sustension doit s'en suivre, passi veillent. Henson a échoujê, il est vrai,, mais le, point de départ de ses expériences était bori.;, son idée £t été reprise, en'France, depuis quelques années, et les expériences sur ï'aé-) roplane sont conduites avec une habileté qi|i nous,pern[iet,.d'jespérer un succès. Mais je ne pouvais me décider- à m' écarter du plan de la nature et à munir mon, appareil ailé d'un rpropulseur à hélice. C'est ailleurs qu'il fallait^chercher le moyen d'augmenter la vitesse de translation. de J'apparéil.. , ^ .

Jecî*us enfin avoir trouvé le moyen d'obtenir cette vitesse horizontale. En faisant des expériejices avec ces petits appareils planeurs, aujourd'hui bien connus, et faits d'une feuille de papier découpée en forme d'oiseau ou de tpute autre forme et lestée au moyen d'une épinglç ou d'un peu de cire, on constate que ces appareils peuvent avoir une vitesse de translation toute passive et qui ralentisse considérablemettt >0iiî« chute ; il suffît,

pour cela, de placer le lest en avant du centre de sustension sur Tair. Si on place le lest trop en avant, il devient nécessaire de retrousser légèrement la queue, mais la vitesse de translation augmente ; cette vitesse est nulle, au contraire, si le centre de gravité est le même que le centre de sustension :daijs ces conditions, la chute est plus rapide;

Je pensai alors à construire un petit appareil d'essai pour m'assurer duparti qu'on peut tirer de ces positions variées du centre de gravité, J'examinai aussi quelques oiseaux et je constatai que, s'il est vr^i que l'articulation scapulo-humérale soit placée en ayant du corps, il est bon de tenir compte de la largeur du voile emplumé, et l'on peut voir alors que le centre de sustension est , chçz tous les oiseaux (ceux que j'ai pu observer du moins), placé sensiblement en arrière du centre de gravité.

C'est là, medisais-je, qu'est le nœud de la question. Le vol de l'oiseau se compose d'un seul mouvement commandé : celui de Faile dans le sens vertical ; c'est sans doute le seul acte que l'oiseau puisse faire volontairement, le reste est passif; l'inclinaison plus ou moins grande du plan, de l'aile par rapport à rhorizon est due à la puissance avec laquelle l'oiseau abaisse ses ailes ; les plumes, flexibles elles-mêmes, sont implantées de façon à laisser fléchir leurs gaines par l'élasticité du tissu dont elles sont formées ;. cette souplesse de l'organe est plus, du moins grande aux points où il doit plus ou moins fléchir. L'oiseau qui veut yolei^ vite /agite vigoureusement §es ailes; sa translation' et sa s^^ténsion augmentent ensemble : c'est, ce qui doit arriver, lorsque L'oiseau est effrayé et qu'il veut, fuir, ou encore, aû/moment du départ, quand la vitesse jiormale n'est pas encore acquise ;. mais enplein.vol, il suffit sans doute à l'oiseau d'un, effort bien faible pour se sovitenir, puisqu'il n'a pas à rainer dans l'air pour acquérir, sa vitesse ; les couches d'air inertes se présentent d'elles-mêmes sous ses ailes, et il peut s'y appuyer presquç comme sur un solide. La relevée même de l'aile est peut-être passive; en effet, puisque le voile de l'aile arrivée en bas de la course a sa face inférieure tournée en avant, on comprend aisément que la vitesse acquise de l'oiseau puisse alors, dans une certaine mesure, faire remonter l'aile. Quant aux mouvements

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de r^ile d^avant en apriére> je déraontre encore qu' H ^st aussi tout à fait passif. . .

M. Marey a obtenTi,avec divers oiseaux, la trajectoire de 1^ pointe d'aile, sous foripe d'une courbe elliptique dont le grand axe est oblique de haut en bas et d'arrière en avant. J'ai construit un appareil dans lequel les humérus sont formés d'une lamelle d'acier, flexible dans le sens horizontal ; cet apr pareil ne vole pas, mais lorsqu'on fait battre ses ailes sous l'action d'un ressort, on distingue parfaitement à l'œil la figure décrite par la pointe de l'aile ; cette figure est une ellipse dont le grand axe présente à peu près la même inclinaison que dans la figure obtenue par M. Marey. Le petit axe est plus court : cela tient évidemment à ce que, dans l'oiseau vivant, le dessous du* voile est toujours tourné en avant pendant la remontée, ce qui, par suite de la translation, rejette . l'ensemble de l'aile plus en arrière ; tandis que dans mon appareil l'aile remontait librement, en s' effaçant derrière sa grande nervure. C'est donc à cause de la pression de \^\t sous l'aile que celle-ci est projetée en avant pendant l'abaissée et en arrière pendant la remontée, par conséquent: je considère ce mouvement comme passif. M. Marey avait déjà exprimé l'opinion que ces divers mouvements devaient être passifs, et je suis heureux, aujourd'hui de voir mes expériences corroborer les opinions de ce physiologiste.

L'oiseau paraît aussi pouvoir, pendant le vol, accélérer sa vitesse en repliant un peu en arrière la main de l'aile pendant la remontée, ce qui reporte un peu plus en arrière le centre de sustension : la vitesse de translation augmente alors pour la même raison que dans le petit planeur en papier dont j'ai parlé plus haut. Pendant le plein vol, l'oiseau doit donc regagner, par les réactions verticales de son corps, la chute qu'il ferait s'il se laissait aller en planant seulement. C'est en m'appuyant sur ces diverses considérations que j'ai construit un appareil (1) représenté figure 35.

(1) Un petit bâti en bois léger es^t destiné à maintenir lés deux extrémités du ress(ort, qui est toujours formé d'un ou plusieurs fils de caoutchouc tordu» sur eux-mêmes. A l'avant se trouve un arbre coudé et çonire-coudé de faço^ à flKîre deux manivelles en villebrequin à 93 degrés l'iine de l'autre ; celle qui est le plus en avant actionne deux bielles qui commandent èhacunfe un humé-

■ Le petit appareil que je viens de décpîpe a 0",33 d'envergure et pèse 6 grammes ; il est mu par un ressort -qui ne pèse ijuè'^;6Ô centigrammes, et cependahl il donne iin excellent vol, âo peu d'étendue,'il est vrai {7 à 8 mètres de parcours), mais cela me paraît 'suffisant, vu la petitesse du ressort, et mo démontre le lïoh parti qu'on peut tirer deff considérations que j'ai indiquées plus haut'au sujet de la position du centre de gravité de l'appareil.

Encouragé par ces résultats, j'entrepris de modifier dans le ihêfhe sens mon oiseau à air comprimé. Je lui fis donc de nouvelles ailes très-grandes; je diminuai l'amplilude des battements et jîassurai le mieux possible le jeu des ressorts qui doivent produire le changement d'inclinaison du plan dé l'àile. J!eus èoin'de' placer le centre de gravité au tiers environeri avant du centre de sustension. Remettant alors la machine au friânége; je constatai peu de progrès.

rus. Ces humérus qui portent les deui: ailes sont mobiles autour d'un asQ iongiliidinal commun qui peut être incliné en temps iitiic par une bielle mue pai-Taùtre manivelle, de BorU que si la manivelle qui produit rélévation '*(, llabsisSement .des ailea passe au point mort, l'autre manivelle est «u point «onvenable ;pouf. incliner l'aie des ailes avec la plus grande vitesse ; ce morment esl précisément celui pendant lequel les ailes sont, soit en haut, soit en

Je plan.

lias de leijr course, j'obtiens ainsi un changement de plan forcé. La machjne - ,eat déposée de telle façon <|ue, pendant l'abaissée, l'aile ik une incliaiisea oblique jp 2 au degnés environ, la Caco intérieure. regardant en arrière ; el pcn- ^danlla remontée, environ 35 degrés, la face inférieur.e regardant alors en avant. X.es ailes,' que les annCes précédonles J'avais cru devoir construire, avec les melériaux les plus léf-ers, sont ici relalivemenl très-lourdes ; elles sont en soie

VOL MBGANIQUE.

Pensaht que la rigidité' des attaches devait géiier leè réactions 4arit horizontales que verticales, je disposai dés ilntefmédiairës de caoutchouc, notamment dans la suspension dfu bras dti manège, ce* qui me fournit, ainsi qu'on va lé voir, un moyen de mesurer la quantité dont Toiseau mécanique s- allège en battant des ailes.

Le bras du manège, non chargé, c'est-à-dire quand.il ne porte pas l'appareil volant, s'élève au-dessus de l'horizontale d'un certain nombre de degrés ; je prends un point de repère qui me permettra tout à l'heure de retrouver cette hauteur et de voir jusqu'à quel f)oint le bras du manège s'en approchera quand il portera l'appareil volant. On fixe alors l'oiseau mécanique sur le manège, le bras s'abaisse beaucoup sous ce poids tarit que la machine n'agit pas; on fait voler la niachine, et au

. et, représeftl^ftt environ le tiers du poids totahde la machine.. Je n'ai pas cr$i)it de diminuer fviupliludé des battements tout en ayant un voile très-large, puisque j'étais assuré que le changement de plan s'effectuerait. Le centre .de

'gravité est placé un peu en avant du centre de sustension et je puis le porter pjus en av^nt encore au mM^yen d'un long bec en plume que je charge plus ou

Fig. 36. — Ensemble de l'appareil va par le dos. On remarque h Tavant le long bec

. . . , en plume, chargé de cire. , . • , «

.mojns^ de cire (fig. 36.). Jusqu'à présent, je crois que ces dispositions n'oûl pas été prises pour les appareils reproduisant le vol, et c'est peut-être 'la raison pour, laquelle certains chercheurs, s'ils n'ont pas abandonné l'emploi d'ailes faetiees, leur ont du moins préféré le système de Henson. »

moment où elle passe en face dû point de repère, un aide marque la hauteur qu'elle atteint. On peut alors constater que ce point est sensiblement au-dessous de celui qui marque la hauteur qu'atteignait le bras du mainége non chargé ; Toiseau ne s'est donc pas allégé de tout son poids. Lorsque Texpérience est terminée, je détache Toiseauetjele remplace par des poids que je gradue jusqu'à ce que le bras du manège ait la même hauteur que lorsqu'il portait l'appareil volant, je reconnais ainsi qu'il s'en faut de 250 à 280 grammes pour que celui-ci se soutienne seul. Depuis les dernières modififeations le poids de la machine est monté à 1100 grammes environ, sans compter le poids de l'air comprimé ; elle s'allège donc, en volant, à peu près des trois quart de son poids. La dépense de force est d'en- ; yiron 2 kilogrammètres par seconde, ainsi que je puis le constater par la lecture du manomètre et d'après la vitesse des battements enregistrés au moyen des appareils de M. Marey.

On remarquera, d'après les chiffres ci-dèssus, que l'appareil . dépense déjà moins de force que dans les premières expériences ;.je ne puis lui en faire dépenser davantage, la grandeur de ses ailes lui faisant trouver sur l'air beaucoup plus de résistance qu'avec les ailes plus petites que j'employais précédemment.

J'ai fait encore avec l'appareil une autre expérience assez intéressante pour être rapportée. Je place l'oiseau sur une sorte de petit vélocipède très-léger que j'ai construit à cet effet, et composé d'un bâti porté par une grande roue en avant et deux roulettes plus petites à l'arrière, le tout pesant environ 300 grammes ; sa hauteur est telle que les ailes puissent battre sans toucher terre. Sur cet appareil, la vitesse de translation est moins grande qu'au manège et l'on observe que les réactions verticales sont assez puissantes pour que les roues de derrière soient, à chaque battement d'ailes, élevées au-dessus du sol, de sorte que, la roue de devant portant seule, l'équilibre est bientôt perdu. J'espérais que, dans ces conditions, l'appareil acquerrerait assez de vitesse pour voler librement, je fus encore trompé dans mon attente.

Il est vrai, me disais-je, que l'entraînement du chariot à .iH)ulettes, ou du bras du manège et de ses accessoires, à travers rail* doit absorber une certaine partie du travail produit par la machine, et peut-être l'appaml volera-t-il enfin lors-

qu- il sera débarrassé dé ses entraves ? J'essayai de faire voler Tappareil en le lançant à Tair libre; il tomba encore, comme si je n'avais rien ehangé depuis les expériences de l'aimée précédente.

Je m'occupai alors de rechercher si l'exagération de la voilure ne serait pas nuisible, et je construisis un nouvel appareil dans lequel le rapport du poids à la voilure devait être le même que dans la nature. Je pris pour type la huppe du poids de 60 grammes. J'utilisai une ancienne machine motrice un peu modifiée pour sa nouvelle destination., et j'eus soin de ne pas oublier la position relative du centre de gravité. Les mouvements de cet appareil me paraissent bons et cependant il ne peut voler, les battements d'aile sont précipités, le ressort de caoutchouc s'épuise rapidement et la dépense de force est évidemment considérable. Je grandis alors un peu la voilure, mais sans plus de succès. Alors je n'hésite pas à grandir de beaucoup les ailes; une troisième paire adaptée à la machine a des proportions ordinaires comme rapport de la largeur à la longueur ; mais l'envergure a environ 0"75 au lieu de 0°*45 que la nature me donnait comme exemple. Avec cette disposition, je constate un mieux sensible; les battements sont plus lents et l'oiseau paraît mieux se soutenir, mais il ne parcourt que quelques mètres, et l'on voit cependant que la force ne lui manque pas. Or cette médiocrité de résultat me parut s'expliquer par les considérations suivantes :

Lorsque l'aile remonte, le voile se masque derrière la grande nervure, et plus la vitesse de translation est considérable, plus l'inclinaison de ce voile est voisine de l'horizontalité. Or, cette vitesse n'existe pas ici; lorsque l'aile est arrivée en haut de sa course, le voile est très-oblique, il est d'ailleurs appelé à cette position par un ressort qui doit être vaincu pendant l'abaissée. Mais la grande nervure étant violemment rejetée en bas aussitôt qu'elle a atteint son maximum de hauteur, et cela sans aucun temps d'arrêt pendant lequel la translation ferait prendre au voile une position plus horizontale, il en résulte que l'aile ne prend qu'au milieu de son abaissée la position utile qu'elle doit avoir, et même, si l'amplitude des battements est petite et le voile un peu large,

IW: .■ V. TATIN,

il n'y^"'"'* pl"^ *^" tout d'effet utile. Du hioment que les ailes ne se placent "pss convenablement sur l'air, • l'appEii^il ne peut jamais avoir de translation, quelle que soil la posilioil relative de son centre de gravité.

• Il se passait certainement dans mon appareil quelque chose ■ïtanslogue, et pour m'en assurer, je construisis une quatrième paire d'ailes plus étroites et un peu plus longues, l'envergure atteint 0"',80 et la largeur O^.IO.

ig, 37. — 1. Prijmiïre poire •J'ailei, rejic£Bi.'Dlaiil !i peu' prù la vollacc de la liu|i|ie. — i. i' paire: U mâmc on peu Er.indie. — a. Aites atrindics de beaucoup. — Ces 3 paires n'oiit pas donné de résnltars satlsraiMiils,— 4, Di:rnlrre paire, avec laquelle l'appareil tolc

Dans ces nouvelles conditions, j'obtins un résultat excellent : l'appareil, dans diverses expériences, a donne des parcours variables de 20 à 30 mètres; son poids était toujours 60 grammes et celui de son ressort 15 à 10. Ainsi,. la fornie

de Y Aile de Tôiseau est subordonnée à Tapiplitude de, ses baW lemehts. -Wenham nous, a fait voir qu'une aile peut avoir une aussi bonne fonction quand elle est étroite que lorsqu'elle e^l large, et M. Marey a déjà signalé ce fait que les oi§eau[x dont Tàmplitudç des battements est faible ont toujours. J'^He trèslongue. La nature nous montre cette dispositipu dans -les 7noiiett€8,les albatros et la plupart des oiseaux de mer. Ces oiseaux ont généralement une voilure qui, proportiqnnellçment, est au moins double de celle des autres, et chacun sait avec quelle facilité ils paraissent voler.

Je crois que celte aile longue et étroite est le type que Yoti doit préférer; mon dernier appareil s'en rapproche pi fis que ceux que j'ai construits jusqu'à ce jour, et il me dônrié lé meilleur résultat. Je dispose donc, sur mon grand oiseau à

, aji'

Fîg. 38. — Ensemble de l'appareil qui m*a donne les meilleurs résoltils. — 'On y remarque que l'envergure est grande relatiyement à la largeur du voile. ' ■ U

air comprimé, des ailes à peu prés semblables, comme proportions, à celles qui venaient do si bien réusrsir, et je, fais les expériences suivantes qui me semblea}..,avoir un granà intérêt. . ,.

Le problème à résoudre est toujours cçlui-ci : QueUe.est, en kilogramraètçes par seconde» la force nécessaire pout faire

104 V. TATm.

Voler un poids donné? Quelque longue que soit la distancé parcourue par un petit appareil, la construction de celui-ci îi'a pas d'utilité si Ton ne peut estimer la force qu'il a dépensée en un certain temps; la préoccupation la plus importante n'est donc plus d'obtenir le parcours le plus étendu possible, mais d'évaluer la force qui a été dépensée dans le vol.

Revenant à mon dernier appareil, j'en, remonte le ressort, d'abord très-peu, et j'essaye s'il vole. Il ne vole pas; je le remonte encore de quelques tours., et ainsi de suite, jusqu'à pe que le vol existe et que l'oiseau se soutienne sur l'air pendant quelques battements seulement, ce qui sera suffisant. Je constate ainsi que l'oiseau peut voler lorsqu'il est assez remçnté pour se soulever, lorsqu'il est suspendu par l'extrême pointe de ses ailes. Si alors je remonte encore un peu le ressort, de façon à avoir quelques battements utiles de plus, je constate que l'oiseau, approché de terre au départ, peut être lancé légèment vers le sol de façon à ce que le corps et les ailes viennent y toucher ; on peut le voir alors s'élever pendant quelques battements pour retomber bientôt.

Cette expérience permet de déterminer le minimum de force nécessaire pour que l'appareil puisse voler. Or, il s'agit de chiffrer cette force, et voici comment je le fais approximativement, ne pouvant pas encore en donner une mesure rigoureuse.

Il est constaté depuis longtemps, et j'ai pu l'observer moi même au moyen de mes divers appareils, que la vitesse d'une aile est sensiblement la même pour tous les oiseaux, si Ton considère le chemin parcouru, dans un même temps, par un même point de l'aile. Cette égalité, bien entendu, n'existe qu'en plein vol et à battements continus. Ainsi, tel oiseau dont la pointé de l'f^ik) doit parcourir un arc de cercle de 90 degrés, par exemple, et dont l'envergure sera de 1 mètre, donnera trois battements par seconde. La pointe de son aile aura fait ainsi une course de 4'",50 environ dans le sens vertical, en ne tenant pas compte dé la translation. Tel autre sera obligé de donner le double de battements, s'il est moitié plus pelity et ainsi de suite, de sorte que la vitesse de l'aile est ta«5|t)ur^ la même. Ceci ne peut être donné comme une loi

VOL HéCANIQUE. f05'

rigoureuse, mais il est facile de voir qu'il y a dans la nafare une tendance dans ce sens. ..

Je prends donc mon grand oiseau et je le suspends par les extrémités de ses ailes, pui&je le mets sous pression en montant graduellement jusqu'à ce qu'enfin il se soulève sous l'ac-^ tîon de l'abaissée des ailes. Je constate alors que le manomètre marque 15 kilogrammes et je trouve, sur les graphiques obtenus au moyen des appareils enregistreurs, qu'à cette pression là vitesse des battements est d'environ 1 mètre 1/5* par seconde, ce qui correspond à 1 kilogrammètre 70. Or, l'appareil, y compris l'air comprimé, pèse maintenant à peu près 1,130 grammes, ce qui donnerait environ 50 kilogrammes, de poids par force de cheval.

Lorsque j'ai dit plus haut que je ne pouvais pas encore donner une preuve rigoureuse de ces chiffres, c'est parce que, dans ces conditions, je n'ai pas encore pu faire voler mon grand' oiseau. Mais, puisque les petits appàreifs volent tous dans ces conditions, ce dont je me suis assuré une fois de plus en construisant un petit oiseau de 12 grammes, qui donne à peu près le même résultat que le précédent avec 2^'',20 dé ressort, je ne vois pas de raison pour qu'un grand oiseau ne piiisse se conduire de la même façon.* Or, comme le grand appareil ne se soutient pas encore d'une manière satisfaisante, -je me décide à entreprendre- une nouvelle série de recherches' et transporte dé nouveau tout mon matéiûel- à là campagne. Je terminerai donc ici l'exposé des expériences que j'ai faites.. - . - - '•

• On remarquera que, dans tous ces travaux, je n'ai tenu aucun compte des théories plus ou moins justement basées sur les mathématiques et émises par divers auteurs. D'après ce genre de calculs on a même cru pouvoir donner des valeurs numériques ; ces chiffres, je les ai toujours corisidérési à tort peut-être, comme prématurés, parce qu'aucune expérience complète et concluante n'est venue les corroborer. Les appareils volants qui ont été construits jusqu'à ce jour exigent; presque tous, des dépenses de force considérables qui ne sont pas du tout en rapport avec les théories mathématiques avancées. Maisime.dira-t-on, ces appareils sont encore imparfaits. Dans ce cas, il faut se hâter de les perfectionner sufflsftm-

ment, afin qu'ils puissent servir de preuve aux chiffres donnés par leurs auteurs. Il est facile, en théorie' et sur le papier, de faire voler un oiseau avec une force quelconque; mais à llatelier, les outils en mains, on trouve les oiseaux artificiels plus récalcitrants. C'est pourquoi j'ai préféré la voie des expériences, et c'est sur elles seules que je baserai mes chiffres, si j'arrive à quelque résultat susceptible d'application.

Dans la relation de mes expériences, je n'ai pas eu la prétention de n'exposer que des idées absolument nouvelles ; je crois bien qu'en matière d'aviation tout a été dit, mais presque rien n,'a été prouvé ; par conséquent, on ne peut prendre pour base les travaux contradictoires des différents auteurs. L'expérimentation doit seule servir de guide pour réaliser de nouveaux progrés.

Je ne prétends pas non plus déterminer la force que l'oih seau dépense en volant, mais ce que je dépenserai avec une machine pour imiter le vol. Certainement mes chiffres ne seront bientôt plus exacts, les perfectionnements les auront bientôt réduits; je m'en réjouirai, car alors l'aviation aura progressé. Quant à arriver aux minimaqui semblent correspondre à la dépense que font les oiseaux naturels, je crois qu'il n'y faut pas songer ; mais on pourra s'en rapprocher de plus en plus. Comment l'homme arrivera-t-il jamais à imitçr une aile? Cette aile; au premier aspect, semble pouvoir être remplacée par un voile mobile; mais, après un examen plus approfondi, pn reconnaît une machine très-compliquée dont chaque partie a une fonction spéciale, et surtout une souplesse et une élasticité si sagement réparties qu'on doit renoncer à contrefaire une telle perfection.

Les ailes des chéiroptères, qui paraissent d'abord plus simples que celles des oiseaux, sont aussi de véritables chefsd'œuvre de l'inimitable nature,

J'ai pu. î^'emarquer, avec mon grand appareil, qui me permet, si je le désire, de constater la dépense de force de chaque l^attement, que (l'appareil tournant au manège) les ailes peuvent faire une révolution complète en une seconde ■ lorsque la pression est de 12 à 13 kilogrammes, ce qui ne-^faitpas 1 kilogrammètre 1/2.

VOL MÉCAJIIQUK. iOT

; Remarquons que la - . voilure de . la machine correspond à celle d'un aigle dont les battementSj auraient environ la même frgqiience ; on entrevoit que, si- cet oiseau est supposé peser 6 kilogrammes, il lui suffit, pour voler, de dépenser le qyart de son poids en kilogrammètres,. autrement dit, d'éleyer le quart de son poids à. un m^tre^ par. seconde. Cela permettrait à un oiseau naturel imaginaire, de la force d'un cheval, de^ peser 300 kilogrammes en plein vol. Je ne prétends p^s qu'un aigle dépense aussi peu de force, pas plus qu'aucun autre. oiseau; mais je ne. puis m'empêcher, d'admejtre que ceschiffres se rapprochent peut-être sensiblemen.i de la vérité.. M. Marey nous a montré que les muscles de l'oiseau, ne sontpas susceptibles de développer un travail bien extraordinaire,qu'ils paraissent même plus faibles que ceux des mammifères. La thermodynamique, d'après le même auteur, ne nous fait pas non plus supposer une grande dépense deforce.de la partjde l'oiseau. Enfin, à voir l'aisance avec laqueUe l'oiseau semble voler et le temps fort long pendant lequel le vol peut se soutenir, on est tenté d'admettre que l'oiseau qui vole ne dépense pas proportionnellement plus de travail qu'ua mammifère qui se promène, et il semble probable que cette dépense est très-faible.: Si réellement la machine naturelle donne de , semblables résultats, notre- mécanique a encore bien des progrès à faire.

CONCLUSIONS

L'objet des rechei^chés qu'qn vient de Ure était d'imiter. le mécanisme du vol de l'oiseau qui me semble être, cîe tous lès animaux volants, celui dont le type est le plus favorable à la bonne utilisation du travail.

L'oiseau mécanique doit, comme l'oiseau véritable, avoir une double aptitude : celle de planer sans battre des ailes, en glissant sur l'air avec le moins de chute possible, et celle de se soulever contre la pesanteur.

Alîn de donner à mes appareils la faculté de planer, j'ai

im

reconnu qu'il fallait placer le centre de gravité en avant du centre de sustension de la machine. Le point le plus favorable m*a paru situé à peu près à la réunion du tiers antérieur avec les deux tiers postérieurs de l'appareil.

Pour que Toiseau puisse se soulever par ses coups d'aile, il faut théoriquement, d'après M. Marey, que le moment de la force motrice soit un peu supérieur à celui de la résistance de Taîr, ce dernier ayant pbur valeur sous chaque aile la moitié du poids de l'oiseau, multipliée par la distance qui sépare le centre de pression de l'air sur l'aile du centre de l'articulation scapulo-humérale. Mes expériences montrent que, pour les appareils mécaniques, il faut un plus grand excès de la force motrice sur la résistance de l'air. Les différents appareils que j'ai construits et qui volaient d'une manière satisfaisante ne se soutenaient sur l'air qu'à la condition de pouvoir se soulever sur un appui solide placé sous la pointe des ailes.

Peut-être cet écart entre la force théorique et la force pratiquement nécessaire existe-t-il également chez l'oiseau, dont 011 n'a pas encore pu mesurer la dépense de travail pendant le vol.

Les appareils que j'ai construits sont, au dire de M. Marey, les premiers appareils libres qui aient volé suivant le mécanisme propre à l'oiseau, c'est-à-dire en présentant toujours la face inférieure de l'aile à la résistance de l'air.

Je crois avoir bien établi la nécessité d'une aile longue et étroite pour rendre aussi court que possible le temps pendant lequel le voile prend la position convenable pour agir utilement sur l'air pendant l'abaissée.

Enfin, j'ai essayé de donner la mesure expérimentale du travail dépensé par une machine qui vole. J'insiste pour rappeler quô de pareilles mesures ne représentent pas le minimum de dépense nécessaire, mais la dépense actuellement, faite par des appareils encore imparfaits.