Brevet FR2836449A1 — publié le 20030829

NOUVEAU TYPE DE DIRIGEABLE. La présente invention est relative à un nouveau type de dirigeable comprenant une enceinte rigide formée d'une carcasse et d'une enveloppe, et une nacelle suspendue à la carcasse de l'enceinte, ladite enceinte abritant une ou plusieurs chambres renfermant un gaz plus léger que l'air. Les dirigeables connus sont de plus équipés de groupes propulseurs relativement lourds altérant leurs performances. La variation de flottabilité de ce type de dirigeable est assurée soit en larguant du lest (eau ou sable) soit en relâchant du gaz porteur. Le lest généralement de l'eau ou du sable embarqué avant décollage diminue la charge utile que peut transporter le dirigeable. Par ailleurs la perte de gaz porteur tel que l'hélium s'avère coûteuse à la longue. La présente invention à pour but de résoudre les inconvénients précédemment cités en mettant en oeuvre un dirigeable comportant un groupe propulseur présentant un rapport poids-puissance particulièrement avantageux et dont la flottabilité peut être ajustée sans perte de lest ou de gaz porteur. À cet effet le nouveau type de dirigeable selon l'invention comprenant une enceinte formée d'une carcasse et d'une enveloppe de recouvrement, une nacelle suspendue à la carcasse de l'enceinte et un groupe propulseur, ladite enceinte abritant une ou plusieurs chambres renfermant un gaz plus léger que l'air se caractérise essentiellement en ce que chaque chambre est de volume interne variable et contrôlé et forme ballast et que son volume interne est déterminé par le degré de déploiement d'un actionneur qui agit mécaniquement sur elle, cet actionneur étant lui-même actionné par au moins un générateur contrôlé et commandé par une unité de commande et de contrôle. Ainsi la ou les chambres ballast constituent des moyens de correction tant de l'assiette que de la flottabilité d'une manière particulièrement simple et peu coûteuse. Grâce à ces moyens, le poids du lest qui devra être éventuellement embarqué sera moindre ce qui permettra l'embarquement d'une charge utile plus importante. En outre ces moyens, permettent de compenser la perte de masse qui s'opère notamment par consommation de carburant Pour certaines applications comme l'épandage de produits phytosanitaires et autres, sur des surfaces cultivées, la disposition précédemment décrite permettra également de compenser la perte de poids dû à l'épandage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le générateur est constitué par un moteur thermique à pistons libres de préférence du type de PESCARA. L'intérêt de ce moteur est la transformation en énergie élastique d'un gaz, l'énergie calorique d'un combustible sans intermédiaire mécanique ce qui simplifie leur réalisation et leur cinématique, minimise les pertes dues aux pièces en mouvement et diminue le poids. Les gaz d'échappement de ce type de générateur seront récupérés en partie ou en totalité pour actionner une turbine accouplée à un générateur de gaz comprimé. Le flux de gaz comprimé et éventuellement la fraction restante du flux de gaz comprimé seront avantageusement utilisés pour transporter l'énergie fournie par le générateur vers des points distants du dirigeable. L'énergie pourra être ainsi distribuée notamment à des turbines associées à des générateurs électriques destinés à l'alimentation des appareillages électriques, ces générateurs étant placés à proximité immédiate de ces équipements. On évite ainsi l'emploi de câbles électriques courant par exemple entre un générateur électrique central et des installations électriques distantes, on évite ainsi d'alourdir inutilement le dirigeable. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'armature est constituée d'éléments tubulaires ce qui est encore un facteur d'allégement du poids du dirigeable et certains de ces éléments tubulaires sont affectés au transport énergétique et constituent ainsi des conduites de transport des gaz comprimés et/ou des gaz sous pression entre le ou les générateurs à pistons libres et les points récepteurs d'énergie. L'utilisation judicieuse de ces éléments de structure évitent l'emploi d'éléments spécifiques de transport ce qui encore est un facteur de diminution du poids et d'augmentation du poids de la charge utile qui peut être transportée. D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une forme préférée de réalisation en se référant aux dessins annexés en lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un dirigeable selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe schématique d'un dirigeable selon l'invention montrant une autre organisation des chambres ballast, - la figure 3 est une vue schématique des moyens de commandes et de contrôle des chambres ballast Tel que représenté, le nouveau type de dirigeable comprend une enceinte 1 formée d'une carcasse 2 et d'une enveloppe de recouvrement 3, et une nacelle 4 suspendue à la carcasse 2. Le dirigeable comporte aussi toute l'instrumentation nécessaire à son pilotage. Il comportera ainsi un altimètre, un compas, un horizon artificiel etc. Cette enceinte 1 abrite plusieurs chambres ballast 5, étanches renfermant un gaz plus léger que l'air, par exemple de l'hélium, le volume interne de chacune des chambres ballast étant variable et ajustable. Ce volume interne est déterminé par le degré de déploiement d'un actionneur 6 qui agit mécaniquement sur elle pour la déformer et ajuster ainsi son volume interne. Cet actionneur est actionné par un générateur 7 contrôlé et commandé par une unité de contrôle et de commande 8. Préférentiellement, chaque chambre ballast 5 est constituée par une paroi enveloppe 9, sans fin, sous forme de soufflet, délimitant un volume substantiellement cylindrique, et de deux parois opposées 10,11, jointes de manière étanche à la paroi enveloppe 9, ces deux parois obturant de manière étanche, le volume délimité par les parois enveloppe 10,11. Une des parois d'obturation, la paroi 10 est fixée à la carcasse 2 tandis que l'autre, la paroi 11 est mobile et est solidaire de l'actionneur 6, la variation de volume de la chambre ballast étant opéré par rapprochement ou éloignement des deux parois d'obturation 10,11 l'une par rapport à l'autre. Un vérin de contrôle 12 pourra être interposé mécaniquement entre les parois d'obturation 10, 11 afin d'assurer, en conjonction avec l'actionneur, un contrôle rigoureux de la variation du volume de la chambre ballast, ce vérin pouvant agir en contre réaction. Ce vérin pourra agir dans le même sens que l'actionneur ou exercer une action contraire à celle déployée par ce dernier sur la chambre ballast. Avantageusement, ce vérin sera du type électrique et sera piloté par l'unité de contrôle et de commande 8. Avantageusement, le vérin électrique est monté dans la chambre ballast 5 selon l'axe longitudinal de cette dernière et est fixé par son corps à l'une des parois d'obturation et par sa tige à l'autre paroi d'obturation. Le moteur électrique de ce vérin sera alimenté par une ligne électrique traversant de manière étanche l'une des parois d'obturation, cette ligne électrique étant connectée à l'unité de contrôle et de commande. Selon la forme préférée de réalisation, l'actionneur 6 est constitué par une chambre à volume variable alimentée en gaz sous pression par le générateur 7, ladite chambre étant disposée entre la carcasse 2 et la chambre ballast 5. La chambre à volume variable constituant l'actionneur 6 est constitué par une paroi enveloppe 13 sous forme de soufflet délimitant un volume substantiellement cylindrique et par deux parois d'obturation opposées 11,14 jointes de manière étanche à la paroi enveloppe 13, ces deux parois 11,14 obturant de manière étanche, le volume délimité par la paroi enveloppe 13. Une des parois d'obturation, la paroi 14 est fixée à l'armature du dirigeable tandis que l'autre, la paroi 11 est mobile et est solidaire de la chambre ballast, la variation de volume étant opéré par rapprochement ou éloignement des deux parois d'obturation 11, 14 l'une par rapport à l'autre. Cette chambre comporte au moins un orifice d'introduction de gaz sous pression et au moins un orifice d'évacuation du gaz sous pression, ces orifices étant associés chacun à des vannes commandées par l'unité de contrôle et de commande pour contrôler et ajuster le taux de remplissage en gaz de la chambre constituant l'actionneur et par voie de conséquence, le volume interne de la chambre ballast associée. Ces orifices d'introduction et d'évacuation seront préférentiellement pratiqués sans la paroi fixe 14. Avantageusement, la paroi mobile de l'actionneur est constituée par la paroi d'obturation mobile 11 de la chambre ballast 5. Avantageusement, un vérin de contrôle 15 est interposé mécaniquement entre les deux parois d'obturation 11,14. Ce vérin piloté par l'unité de contrôle et de commande permet un contrôle rigoureux du volume interne de l'actionneur. Ce vérin 15 est préférentiellement monté dans l'actionneur selon l'axe longitudinal de ce dernier et est fixé par son corps à l'une des parois d'obturation et par sa tige à l'autre paroi d'obturation. Les vérins 12 et 15 sont axialement alignés pour éviter tout déséquilibre dans le mouvement de la paroi mobile 11. Par pilotage simultané des deux vérins par l'unité de contrôle et de commande, il est possible de contrôler de manière particulièrement précise et efficace la flottabilité du dirigeable. De plus en raison de la rapidité de réaction de ces vérins, le contrôle de la flottabilité s'effectuera sans temps de retard exagéré. La conduite du dirigeable en sera ainsi grandement facilitée. Selon la forme préférée de réalisation, à chaque chambre ballast 5 est associé un actionneur 6, cet actionneur étant propre à ladite chambre. Les chambres ballast 5 avec leur actionneur sont organisées selon au moins un rang disposé de manière symétrique par rapport au plan géométrique médian, longitudinal vertical de l'enceinte. Le ou les rangs formés sont longitudinaux à l'enceinte. De préférence, sans que cela soit limitatif, les chambres et les actionneurs associés seront disposés verticalement. On pourra prévoir une disposition horizontale ou un panachage des dispositions. On pourra prévoir aussi que certaines chambres 5 ne soit pas à volumes variables mais de capacité volumique fixe. Ainsi ou pourra prévoir une majorité de chambres à volume fixe combinée à deux ou plus chambres à volume variable judicieusement réparties. Ainsi sans que cela soit limitatif, on pourra prévoir deux chambres à volumes variables disposées à l'avant et à l'arrière du dirigeable. On a précédemment décrit un couple chambre ballast 5 et actionneur 6 sous forme de chambre de volume variable comportant deux parois d'obturation fixes 10 et 14 et une paroi mobile 11 d'obturation. En variante, on pourra prévoir que la paroi 11 soit fixe et que les deux parois d'obturation 10 et 14 soient fixes Selon la forme préférée de réalisation, le générateur 7 est constitué pour l'essentiel par un moteur à pistons libres. Le principal intérêt d'une telle disposition réside dans le faible poids d'un tel moteur et dans sa fiabilité Préférentiellement sera utilisé un moteur du type PESCARA connu en soi. De tels générateurs sont notamment décrits en partie dans les brevets français PESCARA. Ces générateurs constitués chacun par exemple par un moteur diesel à deus temps et à pistons 30 opposés ne comporte pas de pièces tournantes. Le combustible du type GPL est introduit par le centre de l'appareil par l'injecteur 31, les deux pistons opposés étant au voisinage de leur point mort inférieur dans la chambre de combustion 32qui contient de l'air fortement comprimé donc échauffé. Cet échauffement de l'air suffit pour allumer le combustible, la combustion ainsi amorcée provoque un nouvel accroissement de pression qui a pour effet de lancer les deux pistons 30 vers les extrémités de la machine. Ce déplacement des pistons engendre une dépression dans les capacités 33, celle-ci provoquant l'ouverture des clapets 34 d'aspiration. Pendant que l'air extérieur est ainsi introduit dans les capacités 33, l'air contenu dans les capacités 36 est comprimé par la face extérieure des pistons et c'est cette compression qui absorbe, moins les pertes, tout le travail développé par la détente. Ce travail se trouve ainsi accumulé dans les capacités 36 qui jouent aussi le rôle de volant pneumatique ou de matelas. La détente de l'air des matelas projette les pistons 30 vers le centre, les clapets 34 se ferment alors la pression dans les capacités 33 croît et lorsque cette pression a atteint une certaine limite, les clapets de refoulement 37 s'ouvrent. L'air comprimé entre alors dans le cylindre 32 par les lumières de balayage 38 et chasse les gaz de combustion à travers les lumières d'échappement 39. Une partie de l'air sort du cylindre par les mêmes lumières et se mélange avec les gaz de combustion dans au moins un réservoir 40 collecteur de gaz. Ces générateurs connus seront associés à des moyens de régulation électroniques prenant en compte notamment les pressions, les positions des pistons etc. Ce générateur pourra posséder deux pistons libres opposés fonctionnant en synchronisme ou bien trois pistons libres pour un fonctionnement en tandem. Le générateur 7 sera équipé d'au moins un compresseur d'air 17 actionné par une turbine 18 alimentée par les gaz d'échappement du moteur à pistons libres, ces gaz venant du réservoir 40. Chaque actionneur 6 est alimenté par les gaz d'échappement du moteur à pistons libres et éventuellement ainsi que par l'air fourni par le compresseur d'air. Il convient de réduire la température des gaz d'échappement avant leur introduction dans les actionneurs 6. À cet effet, un échangeur de chaleur 19 sera disposé sur le circuit d'alimentation en gaz d'échappement de l'actionneur Il y a de lieu de noter que l'hélium contenu dans chaque chambre ballast constitue un ressort lequel peut se trouver brusquement libéré par désactivation des vérins 12 et 15, obturation des orifices d'introduction des gaz et ouverture de l'orifice d'évacuation. Cette libération brusque de ce ressort aura pour effet d'une part de déployer brusquement la chambre ballast dont le volume augmente brusquement et par voie de conséquence de réduire brusquement le volume de l'actionneur associé ce qui permet de chasser brusquement les gaz que contient ce dernier et d'évacuer brusquement du poids. La perte de poids, combinée avec l'augmentation de la chambre ballast permet d'augmenter rapidement la flottabilité du dirigeable. L'air comprimé délivré par le compresseur 17 est utilisé également pour transporter l'énergie vers les éléments de propulsion qui pourrant être constitués par des moteurs à air comprimé d'actionnement d'une ou plusieurs hélices de propulsion. On pourra utiliser cet air pour véhiculer l'énergie vers encore d'autres moyens récepteurs comme des alternateurs ou des dynamos pour la production d'électricité, des circuits de dégivrage, de pressurisation, des ventilateurs et des circuits de pulvérisation utilisable pour pulvériser sur un couvert végétal ou sur une surface cultivée de divers produits utilisés en agriculture pour apporter aux plantes des substances nutritives ou pour combattre les insectes et les champignons nuisibles. L'air comprimé pourra être dirigé vers un échangeur de chaleur 20 apte à condenser l'eau de l'air extérieur. Est récupéré ainsi du lest afin notamment de compenser la perte de poids, due notamment à la consommation de carburant. Comme dit précédemment est prévu sur le circuit d'évacuation des gaz d'échappement entre le générateur à pistons libres et le compresseur 17 au moins un réservoir 40 collecteur de gaz destiné notamment à l'alimentation des actionneurs 6. Avantageusement, ce réservoir collecteur pourra être constitué par des éléments tubulaires de l'armature du dirigeable. D'autres éléments tubulaires de cette armature seront utilisés pour transporter l'air comprimé et donc l'énergie vers divers points distants du dirigeable. Les enseignements de la présente invention peuvent être utilisés pour la réalisation de dirigeables de grandes dimensions affectés au transport de passager ou de marchandises, la nacelle étant alors prévue pour le transport des passagers ou des marchandises, ainsi que pour la réalisation de dirigeables de faibles dimensions affectés à certaines tâches particulières comme la pulvérisation de produits phytosanitaires sur des cultures, la nacelle étant alors prévue pour recevoir les moyens spécifiques. De tels dirigeables peuvent aussi être utilisés en agro-météorologie et transporteront des centrales de mesures connues en soi. De tels dirigeables pourront être pilotés depuis le sol à l'aide de tous moyens appropriés. Il va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et variantes du domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS. 1/Nouveau type de dirigeable comprenant une enceinte (1) formée d'une carcasse (2) et d'une enveloppe (3) de recouvrement, et une nacelle (4) suspendue à la carcasse de l'enceinte, ladite enceinte abritant une ou plusieurs chambres (5) renfermant un gaz plus léger que l'air caractérisé en ce que chaque chambre (5) est de volume interne variable et contrôlé et forme ballast et que son volume interne est déterminé par le degré de déploiement d'un actionneur (6) qui agit mécaniquement sur elle, cet actionneur étant lui-même actionné par un générateur (7) contrôlé et commandé par une unité de commande et de contrôle (8). 2/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque chambre ballast est constituée d'une paroi enveloppe (9), sans fin, sous forme de soufflet, délimitant un volume substantiellement cylindrique, et de deux parois opposées (10,11) jointes de manière étanche à la paroi enveloppe, ces deux parois obturant de manière étanche, le volume délimité par la paroi enveloppe, une des dites parois d'obturation (10) est fixée à l'armature de l'enveloppe tandis que l'autre (11) est mobile et est solidaire de l'actionneur, la variation de volume étant opéré par rapprochement ou éloignement des deux parois d'obturation (10,11) l'une par rapport à l'autre. 3/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 2, caractérisé par un vérin de contrôle (12) interposé mécaniquement entre les deux parois d'obturation (10,11). 4/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 3, caractérisé en ce que le vérin (12) est monté dans la chambre ballast (5), selon l'axe longitudinal de cette dernière et est fixé par son corps à l'une des parois d'obturation et par sa tige à l'autre paroi d'obturation 5/Nouveau type de dirigeable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur (6) est constitué par une chambre à volume variable alimentée en gaz sous pression par le générateur (7), ladite chambre étant disposée entre la carcasse (2) et la chambre ballast (5). 6/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 5, caracténsé en ce que la chambre à volume variable constituant l'actionneur (6) est constituée par une paroi enveloppe (13) sous forme de soufflet délimitant un volume substantiellement cylindrique et par deux parois opposées (11,14) jointes de manière étanche à la paroi enveloppe, ces deux parois (11,14) obturant de manière étanche, le volume délimité par les parois enveloppe, une des dites parois d'obturation est fixée à la carcasse de l'enveloppe tandis que l'autre est mobile et est solidaire de la chambre ballast, la variation de volume étant opéré par rapprochement ou éloignement des deux parois d'obturation l'une par rapport à l'autre. 7/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre à volume variable constituant l'actionneur, comporte au moins un orifice d'introduction de gaz sous pression et au moins un orifice d'évacuation du gaz sous pression. 8/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que la paroi d'obturation mobile (11) de l'actionneur (6) est constituée par la paroi d'obturation mobile (11) de la chambre ballast (5). 9/Nouveau type de dirigeable selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par un vérin de contrôle (15) interposé mécaniquement entre les deux parois d'obturation (11,14). 10/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 9, caractérisé en ce que le vérin (15) est monté dans l'actionneur, selon l'axe longitudinal de ce dernier et est fixé par son corps à l'une des parois d'obturation et par sa tige à l'autre paroi d'obturation. 11/Nouveau type de dirigeable selon les revendications 4 et 10 prises ensemble, caractérisé en ce que les deux vérins (12,15) sont axialement alignés. 12/Nouveau type de dirigeable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les chambres ballast (5) sont organisées selon au moins un rang disposé de manière symétrique par rapport au plan géométrique longitudinal vertical de l'enceinte. 13/Nouveau type de dirigeable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur (7) comprend un moteur à pistons libres. 14/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 13 caractérisé en ce que générateur (7) comprend au moins un compresseur d'air (17) actionné par une turbine (18) alimentée par les gaz d'échappement du moteur à pistons libres. 15/Nouveau type de dirigeable selon les revendications 7 et 14 prises ensembles caractérisé en ce que chaque actionneur (7) est alimenté par les gaz d'échappement du moteur à pistons libres. 16/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 15, caractérisé par un échangeur de chaleur (19) disposé sur le circuit d'alimentation en gaz d'échappement des l'actionneurs (7). 17/Nouveau type de dirigeable selon la revendication 15 ou la revendication 16, caractérisé en ce que les conduites d'alimentation de l'actionneur, en gaz d'échappement sont constituées par des éléments tubulaires de l'armature de l'enceinte.