Brevet FR2669602A1 — publié le 19920529

AEROSTAT COMPRENANT AU MOINS UN BALLON CYLINDRIQUE A GEOMETRIE VARIABLE. DESCRIPTION L'invention concerne un aérostat comprenant un ou deux ballons cylindriques aptes à voler avec leurs axes orientés sensiblement horizontalement et dont le volume intérieur peut être modifié, de façon à permettre le maintien de la surpression régnant à l'intérieur de chacun des ballons à une valeur sensiblement constante, ou au contraire à faire varier l'altitude de L'aérostat. On a déjà construit, par exemple sous la forme de dirigeables, des aérostats comprenant un ballon cylindrique d'axe horizontal, formé d'une enveloppe étanche et souple dont la forme extérieure est maintenue par la pression d'un gaz plus léger que l'air remplissant cette enveloppe. Les aérostats de ce type comportent généralement une nacelle suspendue au ballon par un ensemble de câbles ou par un filet. Cependant, sur ces dirigeables le contrôle de L'altitude de vol s'effectue généralement en modifiant la charge transportée (largage de lest), en libérant par une soupape appropriée une partie des gaz contenus dans le baLLon, ou encore en agissant sur la pression des gaz par l'intermédiaire de ballonnets pleins d'air contenus dans l'enveloppe. Dans tous les cas, la manoeuvre nécessite la présence d'opérateurs, ce qui exclue l'utilisa- tion d'aérostats de ce type pour des vols sans équipage. De plus, les techniques connues de contrôle de l'altitude ne permettent pas d'envisager une automatisation de ce contrôle. L'invention a précisément pour objet un aérostat formé d'un ou deux ballons cylindriques d'axes sensiblement horizontaux, et dont l'altitude peut être contrôlée aisément, sans avoir recours aux techniques traditionnelles, en faisant varier le volume de chaque ballon d'une manière qui peut être automatisée et asservie à volonté. Selon l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un aérostat comprenant au moins un ballon cylindrique, d'axe sensiblement horizontal, formé d'une enveloppe étanche et souple remplie d'un gaz sous pression et comportant un pôle avant et un pôle arrière, un organe suspendu étant relié au ballon par un ensemble de câbles, caractérisé par le fait que Le pôle avant est de plus grande section que le pôle arrière, un organe de liaison comportant des moyens de réglage de longueur reliant le pôle avant au pôle arrière à L'intérieur de L'enveloppe. Grâce à ces caractéristiques, on peut faire varier à volonté le volume intérieur de chacun des ballons, ce qui permet d'accroître ou de diminuer à la demande le pouvoir ascensionnel de l'aérostat. Le contrôle de ce volume permet ainsi, selon le cas, soit de maintenir à une valeur sensiblement constante la pression régnant à l'intérieur de chaque ballon, soit de réaliser un pilotage d'altitude de l'aérostat. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'ensemble de câbles comprend au moins deux câbles dont les extrémités sont fixées sur l'organe suspendu, chacun de ces câbles étant enroulé librement autour de L'enveloppe étanche sur au moins un tour. Grâce à cette caractéristique, il devient pos sigle, en détectant une variation de la distance séparant L'organe suspendu du ballon, de repérer une éventuelle évolution de la pression à l'intérieur de ce dernier. Des moyens d'asservissement sensibles à cette variation de distance peuvent alors commander les moyens de réglage de longueur, de façon à maintenir sensiblement constante la pression du gaz remplissant L'enveloppe. Dans ce mode de réalisation préféré de l'inven- tion, un pilotage d'altitude de l'aérostat, obtenu en agissant sur les moyens de réglage de longueur de l'or gane de liaison, n'intervient dans le sens de la montée que lorsque le déplacement vers le bas de l'organe suspendu par rapport au ballon est terminé. Afin de Limiter ce déplacement vers le bas, on utilise alors avantageusement un ensemble non extensible qui entoure le ballon et le relie à l'organe suspendu, de façon à limiter à une valeur maximum la distance séparant cet organe du ballon. Selon le cas, l'aérostat conforme à l'invention peut être utilisé sous forme d'aérostat libre ou d'aérostat captif. Dans ce dernier cas, l'organe suspendu est relié au sol par un filin qui est accroché à L'organe suspendu par une attache dont L'emplacement est de préfé-- rence réglable selon une direction longitudinale de L'aérostat. L'aérostat conforme à L'invention peut comprendre soit un ballon unique sur lequel sont fixées une ou plusieurs ailes et un empennage rigide, soit deux ballons cylindriques identiques reliés par leurs pôles avant de telle sorte que leurs axes forment entre eux un angle prédéterminé, soit deux ballons cylindriques identiques dont les axes sont maintenus sensiblement parallèles entre eux par un ou plusieurs éléments de liaison rigide. Un mode de réalisation préféré de l'invention va à présent être décrit, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective représentant un aérostat conforme à L'invention comportant deux ballons dont les axes forment entre eux un angle prédéterminé ; - la figure 2 est une vue de dessus représentant de façon schématique et partiellement en coupe l'aérostat de la figure 1 ; - La figure 3 est une vue de côté de L'aérostat des figures 1 et 2 illustrant notamment l'agencement des câbles qui assurent la liaison entre chacun des ballons et L'organe suspendu de l'aérostat ; et - la figure 4 est une vue en coupe transversale de L'aérostat illustrant notamment l'ensemble non extensible qui entoure les ballons et L'organe suspendu, afin de limiter l'écartement de ce dernier par rapport au ballon à une valeur maximum prédéterminée. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 4, L'aérostat conforme à l'invention comporte deux ballons cylindriques identiques qui sont désignés de façon générale par des références 10. On observera dès à présent que L'invention s'applique également au cas d'un aérostat ne comportant qu'un seul ballon cylindorique. Les deux ballons cylindriques 10 de l'aérostat illustré sur les figures 1 à 4 sont totalement identiques, aussi bien en ce qui concerne leurs dimensions qu'en ce qui concerne les matériaux qui les constituent. Ainsi, chacun des ballons cylindriques 10 comprend une enveloppe 12 souple et étanche, réalisée en tout matériau connu ou à découvrir présentant les caractéristiques de résistance mécanique, de légéreté et d'étanchéité requises pour chacune des applications envisagées. Cette enveloppe peut notamment être constituée par un film de polyéthylène, éventuellement renforcée par des fils de polyéthylène haute ténacité si les conditions d'emploi le justifient. Chacune des enveloppes 12, qui présente de façon générale la forme d'un cylindre d'axe sensiblement horizontal, est fixée de façon étanche par une de ses extrémités sur un pôle rigide avant 14 et, par son extrémité opposée, sur un pôle rigide arrière, ou crochet 16. Les pôles 14 et 16 ont approximativement la forme de disques. La section du pôle rigide arrière 16 est relativement petite par rapport à la section du pôle rigide avant 14, ce dernier ayant par exemple un diamètre sensiblement égal au trois quart du diamètre du cylindre formé par l'enveloppe 12. Chacun des ballons 10 est rempli intérieurement d'un gaz plus léger que l'air choisi parmi les gaz utilisés habituellement à cet effet (hydrogène, hélium, gaz d'éclairage, méthane, etc...). La pression de ce gaz est maintenue en permanence à une valeur légèrement supérieure à la pression atmosphérique régnant à l'extérieur du ballon, de façon à assurer la mise en forme de l'enveloppe 12. A l'intérieur de chacun des ballons 10, un organe de liaison interpolaire constitué par un câble 18 relie le pôle avant 14 au pôle arrière 16 selon l'axe du ballon. Un moyen de réglage de la longueur de ce câble 18, tel qu'un cabestan 20 ou tout mécanisme analogue est interposé sur le câble 18 afin de permettre un réglage de la distance séparant Les pôles 14 et 16 de chacun des ballons 10. Ce moyen 20 de réglage de longueur est de préférence placé à proximité de l'un des pôles 14 et 16, par exemple le pôle arrière 16 sur les figures, afin de faciliter sa commande depuis l'extérieur du ballon. Etant donné que le pôle arrière 16 est de très faible section par rapport au pôle avant 14, une modification de la longueur du câble 18 par action sur le moyen 20 de réglage de longueur se traduit essentiellement par un déplacement du pôle arrière 16 selon L'axe du ballon Dans le mode de réalisation illustré et comme le montre plus précisément la figure 2, les deux ballons 10 de L'aérostat sont reliés entre eux par un organe de raccordement 22 constitué par exemple par un câble dont les extrémités sont fixées respectivement au centre de chacun des pôles avant 14 des ballons 10. La longueur de l'organe de raccordement 22 est légèrement inférieure au diamètre de chacun des ballons 10, de telle sorte que ces derniers tendent à s'encastrer légèrement l'un dans L'autre à proximité de leurs pôles avant 14.Un angle aigu prédéterminé, par exemple voisin de 45 , peut ainsi être formé entre les axes de chacun des ballons 10. Afin de limiter l'ouverture de l'angle ainsi formé entre les axes des ballons 10, ces derniers sont également reliés, dans leurs parties espacées des pôles avant 14, par un ou plusieurs éléments 24 limiteurs d'écartement. Ces éléments 24 peuvent notamment être constitués par des bras rigides ou, comme illustré sur les figures 1 et 2, par des ailes formées dans un matériau souple tel qu'un tissu plastifié dont les extrémités sont fixées sur les enveloppes 12 de chacun des ballons, à proximité des pôles arrière 16, tangentiellement au ballon selon une direction parallèle au plan contenant les axes de chacun d'entre eux. L'aérostat illustré sur les figures comprend de plus un organe 26 suspendu au ballon 10 et qui peut être constitué selon L'application envisagée par un plateau, une poutre ou une nacelle. La liaison entre chacun des ballons 10 et L'organe suspendu 26 est assurée, pour chacun des ballons, par au moins deux câbles 28 dont l'agencement apparaît plus clairement sur la figure 3. Les deux extrémités de chacun des câbles 28 sont fixées sensiblement au même point sur l'organe suspendu 26 et chaque câble 28 est enroulé librement autour de l'enveloppe étanche 12 de l'un des ballons 10 sur au moins un tour. Le nombre des tours parcourus par chacun des câbles 28 autour de l'enveloppe du ballon détermine La tension circonférentielle appliquée sur ce dernier. L'organe suspendu 26 applique une tension déterminée sur les câbles, qui résulte soit de ta charge transportée dans le cas d'un aérostat libre, soit de la liaison par câble entre L'organe suspendu et Le sol dans le cas d'un aérostat captif. L'ensemble formé par cet organe 26 et par Les câbles 28 constitue ainsi un système élastique. Ce système élastique permet de détecter toute variation de pression à l'intérieur des ballons. En effet, un accroîssement de la pression à l'intérieur de chacun des ballons se traduit par un accroissement de volume qui a pour effet de réduire la déformation des enveloppes 12 aux endroits ou celles-ci sont entourées par les câbles 28. La distance séparant l'organe suspendu 26 de chacun des ballons 10 tend alors à diminuer de D1 à D2 (figure 3). Une diminution de la pression à l'intérieur des enveloppes des ballons se traduit au contraire par une augmentation de la distance séparant l'organe suspendu 26 des ballons 10. Ainsi, il devient possible, en mesurant les variations de la distance séparant l'organe suspendu 26 de chacun des ballons 10 à L'aide de tout moyen de mesure 30 de distance connu tel qu'une jauge de mesure de distance à variation de résistance ou a variation d'inductance, de détecter une variation de pression à l'intérieur des ballons. Les signaux délivrés par les moyens 30 de mesure de distance entre l'organe 26 et les ballons 10 sont transmis à un circuit d'asservissement 32. Ce dernier délivre des signaux de correction de pression qui sont à leur tour transmis aux moyens 20 de réglage de longueur de L'organe de liaison 18 de chacun des ballons 10, comme L'illustre très schématiquement la figure 3.On fait ainsi varier le volume intérieur de chacun des ballons de façon à maintenir constante la pression à L'intérieur de ces derniers, quelles que soit les circonstances. Par ailleurs, et comme l'illustre la figure 4, un ensemble non extensible 34, constitué par exemple par un filet ou une grille souple, est avantageusement placé de façon à entourer chacun des ballons 10 et fixé sur L'organe suspendu 26 ou lié à cet organe. L'écarte ment de ce dernier organe par rapport aux deux ballons 10 se trouve ainsi limité à une valeur maximum prédéterminée. Cette dernière caractéristique permet d'utiliser les moyens 20 de réglage de longueur des organes de liaison 18 pour réaliser un pilotage d'altitude de l'aé- rostat. En effet, lorsqu'on désire faire monter l'aérostat, on augmente la longueur de L'organe de liai son 18 en agissant sur les moyens de réglage 20, ce qui se traduit, dans un premier temps, par un enfoncement des câbles 28 dans les enveloppes 12 des ballons se traduisant par un accroîssement de la distance D séparant L'organe suspendu 26 des ballons. Lorsque cet accroîssement atteint la valeur maximum définie par les ensembles non extensibles 34, la poursuite de l'allongement de chacun des organes de liaison 18 se traduit par un accroîssement du volume de chacun des ballons et, par conséquent, par une diminution de la pression du gaz qu'ils contiennent. Cette augmentation de volume accroît La force ascensionnelle exercée sur l'aérostat, de sorte qu'il devient possible d'augmenter l'altitude de ce dernier en continuant à accroître la longueur de l'organe de liaison 18. A l'inverse, la descente de l'aérostat peut être commandée en diminuant la longueur de l'organe de liaison 18, en agissant sur les moyens de réglage 20. Dans un premier temps, cette diminution de longueur se traduit par une diminution de volume qui est compensée par la remontée de l'organe suspendu 26 par rapport aux ballons 10. Lorsque le diamètre du ou des tours formé par les cordes 28 autour des enveloppes 12 des ballons 10 atteint sensiblement le diamètre de ces derniers, la diminution de Longueur des organes de Liaison 18 se traduit en totalité par une réduction du volume intérieur de chacun des ballons 10. La force ascensionnelle exercée sur l'aérostat se trouve ainsi diminuée et l'aérostat perd de L'altitude au fur et à mesure que la longueur de l'organe de liaison 18 est réduite. Ainsi, grâce aux possibilités de réglage de la longueur de l'organe de liaison interpolaire 18, il devient possible de faire varier à volonté, dans les limites permises par les déformations de L'enveloppe 12, le volume intérieur d'un ballon 10 ou d'un aérostat. Comme on l'a déjà mentionné, cette propriété peut être utilisée aussi bien sur un aérostat libre, dans lequel aucune liaison n'existe entre L'organe suspendu 26 et le sol, que sur un aérostat captif, dans lequel l'organe suspendu 26 est relié au sol par au moins un filin 36 (figure 3). Dans ce dernier cas, le filin 36 est avantageusement accroché à l'organe suspendu 26 par une attache apte à coulisser selon une direction longitudinale de L'aérostat, de façon à permettre un réglage de L'emplacement de cette attache. Cette caractéristique permet, par un effet de "cerf-volant", d'accroître L'altitude de l'aérostat captif en déplaçant vers l'arrière l'attache du filin sur l'organe suspendu 26. Par ailleurs, l'invention qui vient d'être décrite dans le cas d'un aérostat comprenant deux ballons cylindriques dont les axes sensiblement horizontaux forment entre eux un angle prédéterminé, s'applique également au cas d'un aérostat comprenant un seul ballon cylindrique d'axe sensiblement horizontal et au cas d'un aérostat comprenant deux ballons cylindriques d'axes parallèles et sensiblement horizontaux. Dans le cas ou l'aérostat comprend un seul ballon, une ou plusieurs ailes rigides ainsi qu'un empennage rigide sont avantageusement fixés sur L'enveloppe du ballon. Dans le cas où l'aérostat comprend deux ballons cylindriques identiques d'axes parallèles entre eux, le positionnement relatif entre les ballons est assuré parau moins un élément de liaison rigide pouvant prendre la forme d'une ou plusieurs ailes. REVENDICATIONS 1. Aérostat comprenant au moins un ballon cylindrique (10), d'axe sensiblement horizontal, formé d'une enveloppe étanche et souple (12) remplie d'un gaz sous pression et comportant un pôle avant (14) et un pôle arrière (16), un organe suspendu (26) étant relié au ballon par un ensemble de câbles (28), caractérisé par le fait que le pôle avant (14) est de plus grande section que le pôle arrière (16), un organe de liaison (18) comportant des moyens (20) de réglage de longueur reliant le pôle avant au pôle arrière à l'in- térieur de l'enveloppe. 2. Aérostat selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit ensemble de câbles comprend au moins deux câbles (28) dont les extrémités sont fixées sur l'organe suspendu (26), chacun de ces câbles étant enroulé librement autour de L'enveloppe étanche (12) sur au moins un tour. 3. Aérostat selon la revendication 2, caractérisé par le fait que des moyens (30) sont prévus pour détecter une variation de la distance séparant l'organe suspendu (26) du ballon (10), des moyens d'asservissement (32) sensibles à cette variation de distance commandant lesdits moyens (20) de réglage de longueur, de façon à maintenir constante la pression du gaz remplissant l'enveloppe (12). 4. Aérostat selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'un ensemble non extensible (34) entoure le ballon (10) et le relie à l'organe suspendu (26), de façon à Limiter à une valeur maximum la distance séparant cet organe du ballon. 5. Aérostat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il constitue un aérostat libre. 6. Aérostat selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 4, caractérisé par le fait que l'organe suspendu (26) est relié au sol par un filin (36), de telle sorte que l'aérostat constitue un aérostat captif. 7. Aérostat selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit filin (36) est accroché à l'organe suspendu (26) par une attache (38) dont l'emplacement est réglable selon une direction longitudinale de l'aérostat. 8. Aérostat selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un seul ballon sur lequel sont fixées au moins une aile et un empennage rigides. 9. Aérostat selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend deux ballons (10) cylindriques identiques, dont les pôles avant (14) sont reliés entre eux par un organe de raccordement (22) de longueur inférieure au diamètre de chaque ballon, au moins un élément limiteur d'écartement (24) reliant des parties des ballons espacées des pôles avant, de façon à former entre les axes des ballons un angle prédéterminé. 10. Aérostat selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'élément limiteur d'écartement forme une aile (24) fixée tangentiellement aux deux ballons (10). 11. Aérostat selon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend deux ballons (10) cylindriques identiques dont les axes sont maintenus sensiblement parallèles entre eux par au moins un élément de liaison rigide.