Brevet FR2685283A1 — publié le 19930625

ENGIN VOLANT SANS PILOTE ET INSTALLATION LE METTANT EN OEWRE La présente invention concerne les engins volants sans pilote comportant une voilure tournante de propulsion et de sustentation et des moyens permettant de commander l'engin à partir du sol (ce terme devant être interprété de façon large et comme couvrant aussi bien le cas d'un véhicule ou d'un navire que celui d'une installation fixe). L'invention concerne plus particulièrement les engins volants destinés à la surveillance dans une zone entourant l'emplacement à partir duquel il est commandé, constituée par exemple par l'espace de mer autour d'un navire, une zone de champ de bataille, une zone difficilement accessible à l'observation directe. On connait des engins volants sans pilote, dits "drones", commandés depuis le sol et permettant de surveiller une zone étendue, ayant un moteur thermique de propulsion à hélice ou à réaction et des moyens de liaison hertzienne avec le sol. Ces engins sont en général extrêmement complexes et coûteux, car ils doivent contenir un pilote automatique et des liaisons sécuritaires par radio. La présente invention vise à fournir un engin volant du type ci-dessus défini susceptible d'être réalisé à un coût modéré, d'utilisation simple, non susceptible d'échapper aux contrôles de surface et donc fiable dans un environnement mixte de véhicules au sol et d'engins volants. Dans ce but, l'invention propose notamment un engin volant dont les moyens de commande comprennent un organe faisant saillie par rapport à la structure de l'appareil, orientable par rapport à ladite structure et à la voilure tournante, reliable à un câble de retenue depuis le sol, de façon à ce qu'une modification de l'orientation dudit organe provoque une modification de l'action de la voilure tournante et, en conséquence, de-l-'sttitude de-l'engin-.- La voilure tournante peut être très simple, sans variation cyclique du pas et même à vitesse constante et suffisante pour que la force de sustentation soit toujours supérieure à la portance requise pour retenir l'engin. En effet, l'éloignement de l'engin volant sera dans ce cas toujours fixé par le câble de retenue. La voilure tournante peut être entraînée par un moteur thermique embarqué ou par un moteur électrique. Ce dernier peut être alimenté par une batterie d'accumulateurs embarquée. I1 peut également être alimenté par le câble luimême, cette solution ayant cependant l'inconvénient d'exiger des conducteurs de transfert de puissance électrique dans le câble, donc d'alourdir notablement ce dernier. L'organe en saillie peut notamment être constitué par un bras dirigé vers le bas, dont la partie supérieure est reliée à des actionneurs commandés depuis le sol, et permettant de l'orienter aussi bien autour d'un axe de roulis qu'autour d'un axe de tangage. Un pilote automatique simplifié peut être prévu pour agir également sur le bras de façon à obliger l'engin à suivre un cap déterminé, la distance entre engin et le poste de commande au sol restant réglée par modification de la longueur du câble. Un tel mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque le poste de commande fixe est placé sur un navire le pilote automatique peut alors obliger l'engin à suivre le même cap que le navire. La constitution générale de l'engin peut être celle d'un hélicoptère simple, ayant un rotor de sustentation et une hélice de queue de compensation de couple ; la voilure tournante peut également comporter deux rotors contrarotatifs. L'invention propose également une installation complète de mise en oeuvre d'un tel engin volant comprenant un poste de commande au sol ayant un treuil d'enroulement et de déroulement d'un câble de liaison avec l'organe en saillie et des moyens de commande d'orientation du bras et d'échange de données avec des organes portés par l'engin. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un engin et de son dispositif de commande, représentés schématiquement, - la figure 2 est une vue schématique à grande échelle, destinée à faire apparaître les liaisons avec l'organe en saillie et le mode d'action de cet organe, - la figure 3 est un schéma montrant comment une dérive latérale due au vent peut être compensée par action sur l'organe en saillie, - la figure 4 est une vue schématique à grande échelle montrant une répartition possible de composants à l'intérieur de l'engin. L'installation montrée schématiquement en figure 1 comporte un engin volant 10 et un poste de commande 12, qu'on supposera par exemple monté sur le pont d'un bateau 14. L'engin présente une constitution générale comparable à celle d'un hélicoptère, avec une structure 16 contenant un moteur 18 (moteur thermique à puissance constante par exemple) attaquant un rotor 20 qui, pour des raisons de stabilité, est de préférence au-dessus de la structure. Le couple de rotation exercé par le rotor 20 peut être compensé de façon classique par une hélice de queue 22. L'engin pourrait également comporter deux rotors contra-rotatifs. Il pourrait également comporter un rotor actionné par des tuyères d'éjection d'air en bout de pale. L'engin suivant l'invention comporte un organe faisant saillie vers le bas et orientable autour des axes de tangage et de roulis. Cet organe est constitué, dans le mode de réalisation illustré, par un bras 24 rigide, relié à un boîtier d'actuateurs 26 permettant de lui donner une orientation quelconque dans un domaine déterminé, chaque orientation étant par exemple déterminée par des angles a et ss (figures 1 à 3). Les actuateurs peuvent avoir n 'importe quelle constitution classiques. Ils seront généralement commandés électriquement. Le bras 24 sera en général placé de façon que sa rotation s'effectue autour d'un point sensiblement aligné avec l'arbre du rotor 20, dans le cas d'un engin à un seul rotor. Le poste de commande comprend un socle 27 de réception de l'engin et un treuil 28 entraîné par un moteur, non représenté, pouvant exercer, sur un câble 30 de liaison avec l'extrémité du bras 24, un effort de freinage ou un effort d'enroulement suffisant pour surmonter l'effort de sustentation exercé par le rotor 20. Le câble passe, à sa sortie du treuil 28, sur une poulie de renvoi 32 permettant de ramener la structure de l'engin sur le socle dans une position bien déterminée, fixée par des plots 33. Le câble 30 est toujours prévu pour exercer un effort de retenue et fixer la distance entre le poste de commande et l'engin lorsque ce dernier est en vol. Il assurera en général des fonctions supplémentaires. Il peut en particulier être utilisé pour l'échange d'informations, par voie électrique ou optique, entre une armoire électronique 32 du poste de commande et différents composants prévus à bord de l'engin. Dans ce cas, le câble doit comporter, en plus d'un cordon de résistance à la traction, des conducteurs électriques ou optiques et le treuil 28 doit comporter un joint tournant 34. Les échanges d'informations peuvent cependant se faire aussi bien par voie hertzienne. Le câble peut également être utilisé pour amener à l'engin 10 l'énergie électrique requise pour son fonctionnement. Le câble peut en particulier transporter les ordres de commande des actuateurs d'orientation du bras 24. Les figures 1 à 3 montrent la façon dont l'attitude de l'engin peut être commandée par action sur le bras 24. Par basculement du bras 24 vers l'avant (figures 1 et 2), on provoque un basculement de la structure vers l'avant, permettant à l'engin de s'éloigner si le treuil est en même temps déroulé. Par basculement latéral (figure 3), il est possible de compenser l'effet d'un vent latéral s'exerçant dans la direction V (figure 3). Dans une réalisation particulièrement simple, un opérateur humain commande l'engin par action sur son altitude, sur son assiette et sur son inclinaison latérale, à partir d'une observation visuelle. Il peut par exemple diminuer une dérive latérale par orientation transversale du bras d'un angle ss, comme indiqué sur la figure 3. La rentrée du cerf-volant s'effectue par enroulement du treuil 28 et mise du bras 24 en position verticale lors de la phase finale (figure 2). Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux lorsque le poste de commande est porté par un navire, l'engin est muni d'un pilote automatique simplifié, destiné uniquement à maintenir le cap de l'engin : ainsi il est possible de maintenir ce dernier de façon simple sur une trajectoire parallèle à celle du navire. Les composants actifs et passifs portés par l'engin dépendront de la mission de ce dernier et de la souplesse d'utilisation souhaitée. Ils dépendront aussi du caractère plus ou moins automatique de sa commande à partir de l'armoire électronique 32. Dans le cas d'un engin destiné à repérer et à localiser des objets flottant à la surface de la mer, l'engin peut porter un capteur d'observation 38 qui peut être monté dans une boule 40 gyrostabilisée et l'engin est muni d'un altimètre 42. La distance entre l'engin et le poste de commande peut être mesurée par radar, en prévoyant un réflecteur radar sur l'engin. Une mesure de localisation plus discrète peut être prévue, par exemple par mesure entre une antenne au poste de commande et une antenne de télémétrie embarquée. Ainsi il est possible de mesurer la distance de l'engin au navire et son gisement relatif. Un logiciel d'analyse peut être prévu dans l'armoire d'électronique pour identifier les objets flottants, par exemple par des techniques classiques de reconnaissance de forme. Comme il est indiqué plus haut, l'engin 10 contient avantageusement un pilote automatique 44 qui peut être prévu pour recevoir une information de cap par des conducteurs insérés dans le câble 30. Le pilote automatique contient alors une centrale gyroscopique ou même, dans la mesure où une précision élevée n'est pas nécessaire, un simple compas magnétique de référence. Le maintien du cap peut s'effectuer par action sur la vitesse de rotation du moteur 18 et/ou par action sur le boîtier des actuateurs 26. L'assiette de l'engin peut être mesurée par des moyens simples, étant donné que l'engin n'est pas destiné à des évolutions brutales. Cette information d'assiette peut être envoyée à l'opérateur par l'intermédiaire du câble tracteur 30. Si l'assiette devient trop importante, comme indiqué sur la figure 1, l'opérateur peut la corriger en diminuant l'angle a. Le pilote automatique 44 peut être prévu pour compléter ou limiter l'effet de commande manuelle, par exemple en diminuant automatiquement l'angle a d'un pas déterminé chaque fois que l'assiette maximale est atteinte. La commande peut ainsi s'effectuer pas à pas, avec une temporisation permettant d'éviter les phénomènes de pompage, chaque pas, de 10 par exemple, ne pouvant être parcouru qu'au bout d'un temps déterminé après le précédent, une seconde par exemple. Des mesures similaires peuvent être prises en ce qui concerne la mesure de l'inclinaison latérale et la commande de l'angle ss. Les ordres en provenance du câble tracteur peuvent être transmis par le câble ou par des moyens radio et traités par une électronique 46 commandant par exemple l'orientation de la boule et d'autres capteurs. Si le câble est destiné à remplir uniquement des fonctions mécaniques, il peut être constitué en fibres synthétiques, par exemple en kevlar. Les transferts de données et d'ordres peuvent alors s'effectuer par voie hertzienne, généralement en état fréquence, ou par voie optique. Le câble peut également contenir des conducteurs électriques ou optiques. Enfin, l'alimentation électrique des différents composants peut être assurée par un alternateur (non représenté) entraîné par le moteur et par un redresseur, et/ou par une batterie d'accumulateur tampon. REVENDICATIONS 1. Engin volant sans pilote comportant une voilure tournante (20) de propulsion et sustentation et des moyens permettant de commander l'engin à partir du sol, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un organe (24) faisant saillie par rapport à la structure de l'appareil, orientable par rapport à ladite structure et à la voilure tournante, reliable à un câble (32) retenu depuis un poste de commande au sol, de façon à ce qu'une modification de l'orientation dudit organe provoque une modification de l'action de la voilure tournante et, en conséquence, de l'attitude de l'engin. 2. Engin volant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la voilure tournante est à pas fixes et entraînée par un moteur (18) à vitesse constante. 3. Engin volant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la voilure tournante est entraînée par un moteur électrique alimenté par le câble (30). 4. Engin volant selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe en saillie est constitué par un bras (24) dirigé vers le bas, dont la partie supérieure est reliée à des actionneurs (26) permettant de l'orienter autour d'un axe de roulis et autour d'un axe de tanguage. 5. Engin volant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un pilote automatique prévu pour commander l'organe en saillie et/ou la vitesse de la voilure tournante pour obliger l'engin à suivre un cap déterminé et sélectionnable. 6. Engin volant selon la revendication 5, caractérisé en ce que des liaisons de commande et de données entre l'engin volant et le poste de commande sont effectuées, au moins pour certaines d'entre elles, par l'intermédiaire du câble. 7. Installation de mise en oeuvre d'un engin volant selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un poste de commande au sol ayant un treuil d'enroulement et de déroulement d'un câble de laison avec l'organe en saillie et des moyens de commande d'orientation du bras et d'échange de données avec des organes portés par l'engin.