Brevet FR2830838A1 — publié le 20030418

Dirigeable semi-rigide à carène maintenue en conformation par une poche de gaz porteur comprimée par un coussin d'air. L'invention est du domaine des aéronefs plus légers que l'air, et plus particulièrement des dirigeables à structure semi-rigide. Elle a pour objet un tel dirigeable, et notamment l'agencement de sa carène et des moyens de réglage de sa portance aérostatique. On rappelle qu'un dirigeable comprend dans sa généralité une carène qui loge une réserve de gaz porteur plus léger que l'air, et qui est équipée de moyens pour sa propulsion, sa direction et sa navigation. Ces équipements comprennent habituellement une nacelle, des organes moteurs, ainsi qu'une dérive et un empennage pourvus de volets de direction manoeuvrables par le navigateur. La conformation de la carène confère au dirigeable sa forme globale, et de ce fait son aérodynamisme. On notera dès à présent qu'un gaz porteur satisfaisant est l'hélium, compte tenu d'un compromis entre les qualités de portance aérostatique obtenues du dirigeable et des conditions de sécurité. On notera aussi qu'une conformation satisfaisante de la carène est une conformation lenticulaire, compte tenu d'un compromis entre l'aérodynamisme du dirigeable, la surface de portance offerte par la carène, et le volume de gaz porteur q'elle est susceptible de contenir. Cette forme présente une résistance au vent identique dans toutes les directions, ce qui permet un campement à l'air libre par amarrage périphérique. Les problèmes généraux à résoudre résident dans l'aérodynamisme du dirigeable et dans sa stabilité aérostatique au cours de la navigation. Il est plus particulièrement nécessaire de prévoir des dispositions pour intervenir sur les caractéristiques de portance aérostatique du dirigeable, qui varient au cours de la navigation en fonction des variations des conditions climatiques avec la prise d'altitude, notamment la température. Cette intervention s'effectue notamment sur le rapport entre le volume du gaz porteur contenu à l'intérieur de la carène, et un lest. On relèvera que le volume du gaz porteur est à considérer selon un poids donné du dirigeable, et plus particulièrement selon le poids utile qu'il est susceptible de transporter. Le problème global à résoudre réside dans l'agencement de la carène, dont la conformation est déterminante pour l'aérodynamisme du dirigeable. Cette carène doit en outre être agencée pour recevoir la réserve du gaz porteur et les moyens associés de réglage de sa portance aérostatique, ainsi que les équipements nécessaires à sa navigation et à son maintien en équilibre. A partir des aéronefs souples conformés en ballon, il a été proposé des dirigeables dont la carène est formée d'une enveloppe déformable maintenue en conformation par le gaz porteur qu'elle contient. Cette carène loge en outre des poches d'air équipées de moyens de mise à l'atmosphère, pour permettent au navigateur de régler l'aérostatisme et éventuellement l'assiette du dirigeable. Ces poches d'air sont habituellement disposées à l'avant et à l'arrière de la carène, en étant directement environnées par le gaz porteur qui la maintient en conformation. Enfin, pour éviter une pressurisation trop importante de la carène, celle-ci est équipée d'une prise d'air pour libérer à l'atmosphère le gaz porteur qu'elle contient à partir d'un seuil donné de sécurité, compte tenu de la présence des poches d'air, imperméables, qui occupent une partie du volume intérieur de la carène. Un inconvénient majeur des dirigeables souples réside dans l'assujettissement entre le maintien en conformation de la carène et le réglage de sa portance aérostatique. En outre, le caractère souple de la carène rend délicat son équipement par les moyens de direction, de propulsion et de navigation. Il a été proposé des dirigeables semi-rigides comportant une carène souple pourvue d'une poutre ou analogue, pour la fixation des équipements de direction, de propulsion et de navigation. Cependant, restent pour ces dirigeables les problèmes liés au maintien en conformation de la carène, dépendant du volume et de la pression du gaz porteur qu'elle contient. C'est pourquoi encore, il a aussi été proposé des dirigeables dont la carène est formée d'une ossature rigide habillée d'une toile imperméable, qui délimite son volume et qui loge une pluralité de ballonnets contenant le gaz porteur. Grâce à ces dispositions, les caractéristiques aérodynamiques et aérostatiques du dirigeable sont dissociées, améliorant sa fiabilité. Les équipements, quant à eux, peuvent être facilement fixés sur cette ossature. Si de tels dirigeables offrent des solutions satisfaisantes à l'ensemble des problèmes spécifiques aux dirigeables souples, ils impliquent toutefois un accroissement inopportun de leur poids mort. Un bon compromis réside donc dans les dirigeables semi-rigides, compte tenu de la faculté offerte de pouvoir facilement les équiper des moyens de direction et de navigation, sans pour autant impliquer un accroissement considérable de leur poids. Pour ce type de dirigeable, il est donc nécessaire de prévoir des dispositions pour maintenir en conformation la carène nonobstant une variation de volume ou de pression du gaz porteur qu'elle contient. Plus particulièrement, la prise d'altitude par le dirigeable implique une baisse de température, qui a pour conséquence de faire varier sa portance aérostatique. Cette variation nécessite une intervention corrélative sur la pression maintenue à l'intérieur de la carène, dont le volume doit néanmoins demeurer constant pour le maintien de son aérodynamisme, ce qui est en outre déterminant quant à la protection et à la délimitation du volume aérostatique du dirigeable. Le but de la présente invention est de proposer un dirigeable dont l'organisation générale offre un compromis satisfaisant entre des solutions spécifiquement apportées pour résoudre les problèmes susvisés. La démarche inventive des concepteurs de la présente invention a consisté dans sa globalité à porter leur choix sur un dirigeable semi-rigide pour le faible poids mort qu'il offre et la faculté de fixer sur une ossature les équipements nécessaires à sa navigation. A partir de ce choix, un tel dirigeable comporte les dispositions suivantes, prises seules ou en combinaison. La carène comprend une partie inférieure rigide et une partie supérieure souple. La partie inférieure de la carène, appelée intrados, est notamment formée d'une ossature sur laquelle est fixée sous tension une toile inférieure. Il en résulte un caractère indéformable du volume intrados de la carène, la toile inférieure délimitant un volume constant par son maintien sous tension sur l'ossature. La partie supérieure de la carène, appelée extrados, est formée à partir d'une toile déformable fixée par sa périphérie sur l'ossature. Cette toile déformable est maintenue tendue par l'intermédiaire de la poussée du gaz porteur, qui maintient seul l'extrados de la carène en conformation. La toile supérieure est soit continue sur toute la surface de l'extrados, soit constituée par une simple jupe de fixation agencée entre l'ossature et la poche de gaz porteur. Les traversées de carène exigées par les divers équipements s'effectuent sur la toile inférieure, et sur la jupe dans le compartiment rempli d'air, dont l'étanchéité absolue n'est pas indispensable. Ce mode de conception permet d'assurer l'intégrité de l'enveloppe d'hélium. On notera dès à présent que ces dispositions permettent de limiter les conséquences d'une variation de pression et de volume de la réserve de gaz porteur sur la conformation de la carène. La carène est de conformation avantageusement lenticulaire ou analogue, l'intrados et l'extrados de la carène correspondant à ses calottes respectivement inférieure et supérieure. La réserve de gaz porteur est plus particulièrement contenue à l'intérieur d'une poche spécifique occupant la majeure partie du volume intérieur de la carène. Cette poche est notamment maintenue sur l'ossature par sa périphérie, et est ancrée à sa base sur l'ossature de la carène. En outre, et selon une forme préférée de réalisation de cette poche, celle-ci est intérieurement cloisonnée par au moins un voile médian de séparation entre deux compartiments avant et arrière adjacents, voire en combinaison avec les précédents entre deux compartiments latéraux. En d'autres termes, la poche contenant la réserve de gaz porteur est de préférence subdivisée, au minimum, en quatre compartiments indépendants, ce nombre dépendant de la taille de l'engin. On relèvera dès à présent que le fait de contenir le gaz porteur à l'intérieur d'une poche spécifique, avantageusement étanche, permet de dissocier les caractéristiques du dirigeable liées à la perméabilité et à la résistance aux intempéries de la carène d'une part, et à la fiabilité du contrôle sur le volume et la pression de la réserve de gaz porteur d'autre part. En outre, les conditions d'utilisation du gaz porteur, réputé dangereux, sont ainsi sécurisées. Cette dissociation est par ailleurs mise à profit pour conférer à la paroi extérieure de la carène, formée par les toiles inférieure et supérieure, une perméabilité partielle à l'air renforçant la sécurisation du dirigeable en évitant naturellement une surpressurisation de la carène. Ainsi et selon une forme préférée de réalisation, au moins la toile inférieure, sinon aussi la toile supérieure, sont partiellement perméables à l'air. L'avantage de ces dispositions particulières est par ailleurs à appréhender au regard de celles concernant le réglage de la portance aérostatique du dirigeable, tel qu'il va être décrit. Pour éviter qu'une variation de pression de la réserve de gaz porteur n'interfère sur la conformation de l'extrados de la carène, la poche contenant la réserve de gaz porteur est maintenue en compression entre la toile supérieure et un coussin d'air occupant la base du volume intérieur de la carène. La pressurisation de la poche contenant la réserve de gaz porteur, et le maintien en conformation de l'extrados, sont obtenus à partir d'une admission ou d'une évacuation sélective de l'air contenu à l'intérieur de la carène. L'air admis à l'intérieur de la carène forme le coussin d'air, qui naturellement occupe le volume de la carène situé sous la poche contenant le gaz porteur. Il en ressort que les moyens de réglage de la portance aérostatique du dirigeable sont des moyens de réglage de la pressurisation de la poche contenant le gaz porteur, par une variation de sa compression entre le coussin d'air et la toile supérieure de la carène, à partir d'une mise en oeuvre contrôlée de moyens d'admission sélective d'air à l'intérieur du volume de la carène délimité par les toiles supérieure et inférieure. Il découle de ces dispositions un maintien avantageusement spontané en équilibre du dirigeable, à partir de la répartition naturelle de l'air en zone inférieure et du gaz porteur en zone supérieure du volume intérieur de la carène. On comprendra ainsi que les dispositions susvisées relatives à cette répartition naturelle constituent avantageusement des moyens de maintien spontané en équilibre du dirigeable. Les moyens d'admission sélective d'air sont de préférence placés sous la dépendance, pour leur mise en oeuvre, de moyens capteurs de pression différentielle, entre l'intérieur de la poche contenant le gaz porteur et l'atmosphère d'une part, et entre l'intérieur de la poche contenant le gaz porteur et l'intérieur de la carène contenant le coussin d'air d'autre part. Une variante simplifiée est obtenue en utilisant un ventilateur. La pression limite du ventilateur de pressurisation d'air définit la pression admissible, et joue le rôle de soupape de sécurité. Les moyens d'admission sélective d'air comprennent par exemple des moyens d'aspiration de l'air extérieur vers l'intérieur de la carène, et plus particulièrement dans le volume délimité par les toiles supérieure et inférieure. On notera que par sécurité, la poche de gaz porteur et accessoirement la poche d'air, sont de préférence chacune équipées d'une soupape respective d'évacuation vers l'extérieur du gaz qu'elles contiennent. On notera aussi qu'à la manière habituelle pour les dirigeables semi-rigides, la carène est équipée de l'un quelconque au moins des éléments de navigation comprenant : - une nacelle, - au moins une dérive et un empennage, de préférence chacun équipés de volets de direction, ou analogues, manoeuvrables par le navigateur, et - des moyens de propulsion comprenant au moins un organe moteur. Selon une forme préférée de réalisation, ces moyens de propulsion comprennent une pluralité d'organes moteurs répartis en périphérie de ta carène, notamment en partie arrière. On comprendra qu'à la manière habituelle dans le domaine, la mise en oeuvre de l'un et/ou l'autre de ces organes moteur est placée sous la dépendance de moyens de commande actionnables par le navigateur. Ces éléments de navigation sont rapportés sur la carène par l'intermédiaire de son ossature, et notamment par l'intermédiaire d'une poutre périphérique entourant la carène dans sa zone équatoriale. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de ta description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés, dans lesquels : - La fig. 1 est une vue de dessus en perspective partiellement écorchée d'un dirigeable de la présente invention. - La fig. 2 est une vue schématique en coupe longitudinale de la carène du dirigeable illustré sur la figure précédente. - La fig. 3 est un détail de la fig. 2, illustrant l'extrémité avant de la carène du dirigeable. Sur les fig. 1 et fig. 2, le dirigeable de l'invention est un dirigeable semi-rigide qui comporte une carène 1 maintenue en conformation par une réserve 2 de gaz porteur qu'elle contient. Cette carène 1 comporte une ossature rigide 3,4, 5 pour la fixation d'éléments nécessaires à sa navigation, tels que nacelle (non représentée sur les figures), des moyens de propulsion comprenant une pluralité de moteurs tels que 6, et au moins une dérive 7 et un empennage 8 équipés de volets pivotants 9,10, 11 de direction. Les actions de cette dérive et de cet empennage peuvent également être obtenues par des volets fluides (propulsions vectorielles). On notera qu'il est connu pour ce type de dirigeable de loger à l'intérieur de la carène 1 au moins un volume d'air pour le réglage de sa portance aérostatique, ce volume d'air étant habituellement contenu dans une poche étanche environnée du gaz porteur. Le dirigeable de l'invention illustré sur les figures comporte une carène 1 lenticulaire. Cette carène 1 loge une poche étanche 12 qui contient la réserve de gaz porteur 2, par exemple de l'hélium. Selon la forme préférée de réalisation illustrée, l'ossature de la carène 1 comprend une poutre périphérique 3 délimitant sa zone équatoriale, et au moins une poutre inférieure courbe 4 et 5 reliant la poutre périphérique 3 en deux points opposés. Plus particulièrement, l'ossature comprend un couple de poutres inférieures, l'une 4 reliant les pointes arrière et avant de la poutre périphérique 3, l'autre 5 étant orientée suivant un plan orthogonal médian à celui défini par la poutre périphérique 3. Les poutres 3,4, 5 sont formées à partir de longerons entretoisés de cadres, en matériau léger tel que des structures sandwich en matériaux composites (bois ou fibres de carbone, résines...). Des toiles inférieure 13 et supérieure 14 sont fixées sur l'ossature de la carène 1, de manière à délimiter respectivement l'intrados et l'extrados de carène. En se reportant à la fig. 3, les toiles inférieure 13 et supérieure 14 sont avantageusement fixées à leur périphérie sur l'ossature, voire l'une à l'autre, dans la zone équatoriale de la carène 1. Cette fixation est obtenue par des moyens de fixation démontables, de préférence facilement réversibles, tels que fermetures à glissière 15 et 16, bandes agrippantes de type VELCRO (marque déposée) ou analogue. En revenant aux fig. 1 et fig. 2, la toile inférieure 13 est maintenue tendue sur l'ossature, de telle sorte que l'intrados de la carène soit rigide. La toile supérieure 14, quant à elle, est maintenue tendue par la réserve de gaz porteur 2 contenue à l'intérieur de la poche 12. On remarquera la présence d'une valve 17 pour le remplissage de cette poche 12. Selon une variante, la toile supérieure 14 peut être constituée par une simple jupe de fixation solidarisée à la poche étanche 12 qui contient la réserve de gaz porteur 2. Le volume intérieur de la carène 1 est en communication avec l'extérieur par l'intermédiaire d'un aspirateur 18, en vue de son remplissage en air. Ce remplissage a pour objet de ménager un coussin d'air 19 à la base de la poche 12 contenant la réserve de gaz porteur 2. Ce coussin d'air 19 permet de comprimer la poche 12 contenant la réserve de gaz porteur 2 contre la toile supérieure 14 de la carène, en vue de son maintien en conformation, et du réglage spontané de la portance aérostatique du dirigeable en fonction des variations de conditions de l'environnement extérieur. Ce réglage spontané est obtenu par un réglage de la pressurisation de la poche 12 contenant la réserve de gaz porteur 2, à partir d'une admission sélective d'air à l'intérieur de la carène 1. Cette admission sélective est effectuée au moyen de l'aspirateur 18, dont la mise en oeuvre est placée sous la dépendance d'un couple de capteurs de pression différentielle 20 et 21. Ces capteurs 20 et 21 mesurent la différence de pression, pour l'un 20 entre l'intérieur de la poche 12 contenant la réserve de gaz porteur 2 et le volume de la carène 1 contenant l'air, et pour l'autre 21 entre l'intérieur de la poche 12 contenant la réserve de gaz porteur 2 et l'atmosphère extérieure. La poche 12 contenant la réserve de gaz porteur 2 est éventuellement cloisonnée par un ou plusieurs voiles 22, qui délimitent des compartiments. Ces voiles de cloisonnage limitent le déplacement du gaz liés aux variations d'assiettes, et empêchent la déformation de la poche d'hélium. Ils transmettent l'effort de portance à la structure. Pour éviter sa sur pressurisation, la poche 12 est pourvue d'une manche 23 de mise à l'atmosphère, par l'intermédiaire d'une soupape 24 tarée à un seuil donné de sécurité. On comprendra que le cas échéant, chacun des compartiments de la poche 12 est pourvu d'une telle manche 23 équipée d'une soupape 24. De telles dispositions peuvent aussi être prévues pour une mise à l'atmosphère du volume intérieur de la carène 1 contenant le coussin d'air 19. Il peut à cet effet être accessoirement prévu de pourvoir la paroi délimitant le volume de la carène d'une soupape de sécurité 25. La poche 12 contenant la réserve de gaz porteur 2 est fixée à la poutre périphérique 3, par l'intermédiaire d'une jupe de fixation par exemple, et est ancrée à sa base à la zone de jonction entre elles des poutres inférieures 4 et 5. REVENDICATIONS 1.-Dirigeable semi-rigide ayant une carène (1) maintenue en conformation par une réserve de gaz porteur (2), et comportant : - une ossature rigide (3,4, 5) pour la fixation d'équipements nécessaires à sa navigation, tels que nacelle, des moyens de propulsion (6), une dérive (7) et un empennage (8) équipés de moyens de direction (9,10, 11), - un volume d'air pour le réglage de sa portance aérostatique, caractérisé : en ce que l'intrados de la carène (1) est rigide, en étant formé d'une ossature (3,4, 5) sur laquelle est fixée sous tension une toile inférieure (13), qui délimite un volume constant par son maintien sous tension sur l'ossature (3,4, 5), l'extrados de la carène (1) restant en conformation au moyen d'une toile ou jupe déformable (14) fixée par sa périphérie sur l'ossature (3,4, 5) et maintenue tendue par l'intermédiaire de la réserve de gaz porteur (2), les traversées de carène exigées par les divers équipements s'effectuant dans ledit volume d'air. 2.-Dirigeable selon la revendication 1, caractérisé : en ce que la carène (1) est de conformation lenticulaire, dont les calottes supérieure et inférieure sont respectivement délimitées par la toile supérieure (14) et la toile inférieure (13). 3. - Dirigeable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé : en ce que la réserve de gaz porteur (2) est contenue à l'intérieur d'une poche spécifique (12) occupant la majeure partie du volume intérieur de la carène (1), cette poche (12) étant étanche, et étant maintenue en compression entre la toile supérieure (14) et un coussin d'air (19) occupant la base du volume intérieur de la carène (1), ladite toile supérieure (14) étant soit continue sur toute la surface de l'extrados, soit constituée par une jupe de fixation reliant entre l'ossature et ladite poche (12). 4. - Dirigeable selon la revendication 3, caractérisé : en ce que la poche (12) contenant la réserve de gaz porteur (2) est maintenue par sa périphérie, et est ancrée à sa base sur l'ossature (3,4, 5) de la carène (1). 5. - Dirigeable selon la revendication 3, caractérisé : en ce que la poche (12) contenant la réserve de gaz porteur (2) est intérieurement cloisonnée par au moins un voile de séparation (22). 6.-Dirigeable selon la revendication 3, caractérisé : en ce que les moyens de réglage de la portance aérostatique du dirigeable sont des moyens de réglage de la pressurisation de la poche (12) contenant la réserve de gaz porteur (2), par une variation de sa compression entre le coussin d'air (19) et la toile supérieure (14) de la carène (1), à partir d'une mise en oeuvre contrôlée de moyens (18) d'admission sélective d'air à l'intérieur du volume de la carène (1) délimité par les toiles supérieure (14) et inférieure (13). 7. - Dirigeable selon la revendication 6, caractérisé : en ce que les moyens (18) d'admission sélective d'air coopèrent avec des moyens capteurs de pression différentielle (20,21), en premier lieu entre l'intérieur de la poche (12) contenant la réserve de gaz porteur (2) et l'atmosphère, et en deuxième lieu entre l'intérieur de la poche (12) contenant la réserve de gaz porteur (2) et l'intérieur de la carène (1) contenant le coussin d'air (19). 8. - Dirigeable selon la revendication 7, caractérisé : en ce que les moyens (18) d'admission sélective d'air comprennent des moyens d'aspiration de l'air extérieur. 9. - Dirigeable selon la revendication 3, caractérisé : en ce qu'il comporte des moyens de maintien spontané en équilibre à partir d'une répartition naturelle de l'air (19) en zone inférieure, et du gaz porteur (2) en zone supérieure du volume intérieur de la carène (1). 10.-Dirigeable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé : en ce que l'ossature de la carène (1) comprend une poutre périphérique (3) délimitant sa zone équatoriale, et un couple de poutres inférieures (4,5), l'une (4) reliant les pointes arrière et avant de la poutre périphérique (3), l'autre (5) étant orientée suivant un plan orthogonal médian à celui défini par la poutre périphérique (3). 11.-Dirigeable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé : en ce que les toiles inférieure (13) et supérieure (14) sont fixées à leur périphérie sur l'ossature (3,4, 5) dans ta zone équatoriale de la carène (1), par des moyens (15,16) de fixation démontables. 12. - Dirigeable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé : en ce que la poche (12) contenant la réserve de gaz porteur (2) est équipée d'une soupape (24) d'évacuation vers l'extérieur du gaz qu'elle contient. 13. - Dirigeable selon la revendication 3, caractérisé : en ce la toile inférieure (13) ou la toile supérieure (14), sont partiellement perméables à l'air pour éviter naturellement une surpressurisation de la carène (1). 14. - Dirigeable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé : en ce que la carène (1) est équipée de l'un quelconque au moins des éléments de navigation comprenant une nacelle, au moins une dérive (7) et un empennage (8) chacun équipés de volets de direction (9,10, 11) manoeuvrables par le navigateur, et une pluralité d'organes moteurs (6) répartis en périphérie de la carène (1).