Brevet FR2638707A1 — publié le 19900511

NaceLLe d'aérostat en matériaux co-posites, adaptée au transport de Lourdes charges. DESCRIPTION L'invention concerne une nacelle d'aérostat, particulièrement adaptée au transport de lourdes charges. Le mot "aérostat" designe ici les aerostats de tous types et englobe notamment les montgolfières. Habituellement, les nacelles des aérostats sont realisées en osier. L'utiLisation de ce matériau s'explique par son faible poids et par son caractere déformable, qui empêche la nacelle de se rompre à L'atterrissage. Cependant, les nacelles en osier ne permettent pas le transport de lourdes charges. En particulier, la résistance de la nacelle ne permet pas d'emporter des charges superieures à environ 200 kg au décollage. La duree des vols est donc nécessairement courte puisqu'il est pratiquement impossible d'embarquer des réservoirs d'appoint autorisant des vols de Longue durée. L'invention a précisément pour objet une nacelle d'un type nouveau, réalisée en des materiaux composites permettant, grâce à Leur faible poids et à Leur grande résistance, d'embarquer des charges beaucoup plus lourdes que les nacelles en osier, ce qui autorise notamment des vols de Longue durée. L'invention a aussi pour objet une naceLLe en matériaux composites réalisée de teLLe sorte que le an- que de soupLesse des matériaux composites permettant Le transport de lourdes charges soit compensé par la présence d'une structure d'atterrissage déformabLe. SeLon L'invention, ces différents objectifs sont atteints au moyen d'une nacelle d'aérostat, caracté- risée par le fait qu'eLLe comprend un habitacle reposant sur au moins deux plaques de renfort rigides en forme de U, paraLLeLes entre elles, et une structure d'atterrissage déformable, montée sous Les plaques de renfort de façon à pouvoir venir en appui sur le sol en quatre zones situées à l'extérieur de La projection de l'habita- cle sur un plan passant par ces quatre zones, l'habitacle, les plaques et la structure d'atterrissage étant realises en matériau composite. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la structure d'atterrissage comprend deux patins lateraux situés dans deux plans orientés vers le bas et vers l'extérieur par rapport à l'habitacle, chacun de ces patins comportant une partie centrale liee aux plaques de renfort et deux parties terminales recourbées vers le bas et vers L'extérieur par rapport à L'habitacle, pour définir lesdites zones. Avantageusement, la naceLle comprend de plus deux tubes longitudinaux traversant Les plaques de renfort de part et d'autre de L'habitacle, légèrement en dessous du fond de ce dernier, ces tubes étant fixés sur les plaques de renfort et comportant, au voisinage de leurs extremités, des moyens d'accrochage pour des cables par lesquels la nacelle est suspendue à un aérostat, ces tubes étant également réalisés en matériau composite. Un mode de réalisation préféré de L'invention va à présent etre décrit, à titre d'exemple non Limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesqueLs : - La figure 1 est une vue en perspective représentant une nacelle en matériaux composites conforme à l'invention ; - La figure 2 est une vue de côté de la nacelle de la figure 1, en coupe selon La ligne Il-Il de La figure 3, après lise en place des équipements de bord et des réservoirs d'appoint ; - la figure 3 est une vue de dessus de la nacelLe de la figure 2 ; et - La figure 4 est une vue en perspective représentant à plus grande echeLLe l'une des ferrures de fixa tion du cadre tubulaire formant la structure d'atterrissage sur chacune des plaques de renfort de la nacelle. Comme L'iLLustrent les figures 1 à 3, la nacelle d'aérostat seLon L'invention comprend un habitacLe 10 reposant sur deux plaques de renfort rigides 12, planes et parallèles entre elles. Les plaques 12 présentent chacune approximativement la forme d'un U et elLes sont orientées transversalement par rapport à la naceLle. La fixation de L'habitacle 10 sur les plaques 12 est réalisée par tout moyen approprié, par exemple des cornieres collées sur chacune de ces pièces. Dans L'exempLe de réalisation illustre sur les figures, L'habitacle 10 comporte un fond plan, deux parois latérales planes et parallèles et deux parais d'ex trémité planes qui se rapprochent L'une de L'autre vers te haut. IL est réalisé en un matériau composite sandwich comprenant une âme en nid d'abeilles et des revetements en fibres de Kevlar, liées par une résine époxyde, ce qui Le rend léger et résistant. Les plaques de renfort 12 sont également réalisées en un matériau composite sandwich comprenant une ame en nid d'abeilles et des revetements en fibres de carbone, liées par une résine époxyde. Les bonnes caractéristiques de résistance et de raideur des fibres de carbone améliorent La rigidité de La nacelle. Bien que deux plaques de renfort soient prévues dans L'exemple décrit, Le nombre de ces plaques peut être supérieur à deux. Dans L'exempLe de reaLisation illustré sur Les figures, Les bords extérieurs des pLaques de renfort 12 comportent des encoches en arc de cercle 12a permettant de fixer de part et d'autre de l'habitacle 10 des reser- voirs R iLLustrés sur les figures 2 et 3. La fixation des reservoirs sur Les pLaques peut notamment être réalisée au moyen des cornieres coLlees. Avantageusement, les plaques de renfort 12 sont traversées, de part et d'autre de l'habitacle 10 et à un niveau légèrement inférieur à celui du fond de ce dernier, par des tubes longitudinaux 14, parallèles entre eux et aux parois latérales de l'habitacle. Ces tubes 14, qui sont également réalisés en un matériau composite constitue de fibres de carbone liées par une résine époxyde, sont fixés sur les plaques 12 par tout moyen approprié, et notamment par collage. Une ferrure d'ancrage 16 est fixée à proximité de chacune des extrémités des tubes 14, c'est-à-dire audelà de l'habitacle 10. Ces ferrures 16 servent à accrocher sur les tubes longitudinaux 14 des câbles 18 par lesquels la nacelle est suspendue à l'aérostat (non représenté). Les câbles 18 sont avantageusement réalisés en fibres de Kevlar, ce qui leur confere une certaine souplesse. L'ensemble constitué par l'habitacLe 10, les plaques de renfort 12 et, de façon optionnelle, les tubes longitudinaux 14, forme une nacelle dont le poids est proche de celui d'une nacelle classique en osier, et qui permet de transporter de lourdes charges, par exemple voisines de 1000 kg, aLors que la résistance mécanique d'une nacelle en osier permet seulement de transporter des charges dépassant à peine 200 kg. Cependant, un tel ensembLe se briserait à l'at- terrissage, compte tenu de La rigidite des matériaux composites qui Le constituent, s'iL n'était pas prévu, conformément à l'invention, de Lui adjoindre une structure d'atterrissage apte à se déformer au osent de l'atterrissage pour amortir le choc transais aux autres élé- ments de la nacelLe, afin que ce choc soit sans conséquence sur ces éLéments. Dans L'exempte de réalisation illustré sur les figures, cette structure d'atterrissage déformable est constituée par un cadre tubulaire 20. Ce cadre 20 est également réalisé én un matériau composite comprenant des fibres de verre, liees par une résine époxyde. La structure du cadre 20 est telle qu'il pre- sente quatre zones Z de contact avec le sol, situées dans un meme plan parallèle au fond de l'habitacle 10. Ces quatre zones sont situées à l'extérieur par rapport à la projection de l'habitacle sur ce plan, comme l'illus- tre bien la figure 3, ce qui assure une bonne stabilite à la nacelle lorsqu'elle est au sol. De façon plus précise, le cadre tubulaire 20 forme deux patins Latéraux qui sont situes dans deux plans disposés symétriquement de part et d'autre de l'habitacle et orientés vers le bas et vers l'extérieur par rapport à ce dernier. La portion du cadre formant chacun de ces patins comporte une partie centrale rectiligne 20a, parallèle au fond et aux parois laterales de L'habitacle, et deux parties terminales 20b recourbées vers le bas et vers l'extérieur par rapport à L'habitacle. Les parties 20a servent à monter le cadre 20 sous les plaques 12, d'une manière qui sera décrite par la suite. Les parties terminales 20b sont orientées approximativement à 600 vers L'extérieur (figure 2) par rapport à la verticale, lorsque Le fond de l'habitacle est horizontal, et elles se terminent par les zones de contact Z. De plus, les plans dans lesquels se trouvent Les patins latéraux sont orientés approximativement à 450 vers l'extérieur par rapport à la verticale, Lorsque le fond de L'habitacle est horizontal. En plus des patins Latéraux, le cadre tubulaire 20 comprend deux parties d'extrémité 2Oc qui relient les patins. Ces parties d'extrémité 20c sont recourbées vers le haut et vers l'habitacle 10 à partir des zones Z, pour former un U renversé comme l'illustre la figure 2. Cette configuration permet de protéger l'habitacle en cas de retournement partiel de la nacelle à l'atterrissage. Chacune des parties centrales 20a du cadre tubulaire 20 est montée sous chacunes des plaques de renfort 12, approximativement entre l'habitacle 10 et les tubes 14, par des ferrures 22 dont la structure est représentée plus en détail sur la figure 4. Chaque ferrure 22, réalisée par exemple en un métal leger tel que de l'aluminium, est formée de deux demi-ferrures 22a assemblées par des boulons 24. Dans leur partie inférieure, les demi-ferrures 22a comportent des parties 22a1 formant des demi-cylindres complémentaires entre lesquels est emprisonnée La partie 20a du cadre tubulaire 20, lorsque les boulons 24 sont en place. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, la partie 20a est serrée entre les deux demi-ferrures 22a et de préférence collée, de telle sorte que le cadre 20 est fixe sur les ferrures 22. En variante, la partie 20a peut être immobili- sée en translation dans la ferrure, tout en disposant d'une possibilité de rotation par rapport à cette dernière. Il existe alors un jeu entre les parties 22al et la partie 20a, et des bourrelets 26 illustrés en traits mixtes sur la figure 4 sont alors montés sur la partie 20a, de part et d'autre de la ferrure. Ces bourrelets 26 peuvent notamment etre des ligatures faites au fil. Dans leur partie supérieure, les demi-ferrures 22a comportent des parties planes 22a2, parallèles entre elles et séparées par une distance légèrement supérieure à l'épaisseur des plaques 12. Lorsque les deux demi-ferrures sont assemblées au moyen des bouLons 24, Les parties planes 22a2 sont alignées et forment une encoche en forme de U, orientée perpendiculairement à l'axe de la partie 20a du cadre tubuLaire, et dans laquelle peut être introduit le bord inférieur de La plaque de renfort 12 correspondante. La fixation des plaques 12 dans les encoches ainsi formées est assuree par des boulons (non représentés) traversant des trous alignes percés dans les parties 22a2 et dans les plaques 12. Lorsque l'aérostat atterrit, la nacelle selon l'invention arrive en contact avec le sol par L'intermé- diaire de la structure d'atterrissage formée par le cadre tubulaire 20. Plus précisément, lorsque chacune des zones Z du cadre 20 arrive en contact du sol, il se produit une flexion des parties 20b qui a pour effet d'augmenter simultanément l'inclinaison vers l'extérieur des plans des patins latéraux formés par le cadre et l'inclinaison vers l'extérieur des parties terminales 20b des patins dans ce pian. Dans le cas où le cadre 20 est fixé sur les ferrures 22, l'amplitude de cet accroissement d'inclinaison est limitée par la torsion des parties 20a du cadre et par la résistance opposée par Les parties d'extrémité 20c. Eventuellement, ces dernières parties peuvent alors être supprimées, de sorte que la structure d'atterrissage se compose alors de deux patins latéraux séparés. Dans le cas où Le cadre 20 est seulement immo bilisé en translation dans les ferrures 22, l'amplitude de l'accrolssement d'inclinaison des parties 20b est seulement limitée par la résistance opposée par les parties d'extrémités 20c. Dans tous les cas, le choc produit par l'atterrissage est amorti par la structure d'atterrissage, de sorte que l'habitacle 10 et Les plaques de renfort 12 ne subissent aucun dommage. Il est à noter que la forte inclinaison des parties 20b ainsi que la disposition très excentrée par rapport à l'habitacle des zones Z autorisent des atter rissages sur des terrains pentés, sans dommage pour la structure d'atterrissage. Avantageusement, une éventuelle flexion des tubes longitudinaux 14 par lesquels la nacelle est suspendue à l'aérostat peut être compensée par la présence de haubans accrochés aux extrémités de ces tubes et prenant appui en dessous des plaques 12. Dans une variante de réalisation non représentée, des câbles de liaison de sécurité peuvent être prévus entre les tubes 14 et le cadre 20. Dans une autre variante, les tubes 14 sont supprimés et l'accrochage de la nacelle à l'aérostat s'effectue directement sur le cadre tubulaire 20. Les ferrures 22 reliant le cadre 20 aux plaques 12 peuvent aussi être supprimées, le cadre tubulaire étant alors relié aux tubes longitudinaux par des organes amortisseurs de type connu. REVENDICATIONS 1. Nacelle d'aérostat, caractérisée par le fait qu'elle comprend un habitacle (10) reposant sur au moins deux plaques de renfort rigides (12) en forme de U, pa rallèles entre elles, et une structure d'atterrissage déformable (20), montee sous les plaques de renfort de façon à pouvoir venir en appui sur le sol en quatre zones (Z) situées à l'extérieur de la projection de l'habitacle sur un plan passant par ces quatre zones, l'habitacle, les plaques et la structure d'atterrissage étant réalisés en matériau composite. 2. Nacelle selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la structure d'atterrissage (20) comprend deux patins latéraux situés dans deux plans orientés vers le bas et vers L'extérieur par rapport à l'habitacle, chacun de ces patins comportant une partie centrale (20a) liée aux plaques de renfort (12) et deux parties terminales (20b) recourbées vers le bas et vers l'extérieur par rapport à l'habitacle (10), pour définir lesdites zones (Z). 3. Nacelle selon La revendication 2, caracterisée par le fait que les pLans des patins latéraux sont orientés approximativement à 450 vers l'exterieur et les parties terminales (20b) sont orientées approximativement à 600 vers l'extérieur. 4. Nacelle selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée par Le fait que les patins latéraux sont reliés par deux parties d'extrémité (20c) recourbees vers Le haut et vers L'arrière par rapport aux parties terminales (20b) des patins, de façon à former un cadre tubulaire (20). 5. Nacelle selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le cadre tubuLaire (20) est réalise en fibres de verre, liées par une résine époxyde. 6. Nacelle selon l'une quelconque des revendi cations 2 à 5, caractérisée par le fait que la partie centrale (20a) des patins est montée sous chaque plaque de renfort (12) par une ferrure (22) fixée sur un bord inférieur de chaque plaque et dans laquelle ladite partie centrale (20a) est au moins immobilisée en translation. 7. Nacelle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comprend de plus deux tubes longitudinaux (14) traversant les plaques de renfort (12) de part et d'autre de l'habitacle (10), approximativement au niveau du fond de ce dernier, ces tubes étant fixés sur les plaques de renfort et comportant, au voisinage de leurs extrémités, des moyens d'accrochage (16) pour des câbles (18) par lesquels la nacelle est suspendue à un aérostat, ces tubes (14) étant également réalisés en matériau composite. 8. Nacelle selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les tubes longitudinaux (14) sont realisés en fibre de carbone, liees par une résine époxyde. 9. Nacelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les plaques de renfort (12) sont réalisées en un matériau composite sandwich comprenant une âme en nid d'abeilles et des revêtement en fibres de carbone, liées par une résine époxyde. 10. Nacelle selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait que L'habitacle (10) est réalisé en un matériau composite sandwich comprenant une âme en nid d'abeilles et des revêtement en fibres de Kevlar, liées par une résine époxyde.