Brevet FR2900469A1 — publié le 20071102

L'invention concerne un dispositif de reconnaissance conçu comme un corps de largage et composé d'un corps largué avec des moyens de reconnaissance comportant au moins un capteur et d'un dispositif de retard de chute aérodynamique disposé sur le corps largué. Un dispositif de reconnaissance de ce type est décrit par la US-H685 (United States Statutory Invention Registration). Le dispositif de retard de chute présente deux ailettes de guidage. Une articulation sur le corps largué permet aux ailettes de guidage de pivoter d'une position repliée à une position déployée. Les ailettes de guidage sont d'abord conçues pour réaliser un mouvement de vol plané. En position repliée, les ailettes de guidage sont plaquées sur le corps largué, de sorte que les ailettes de guidage n'ont pas besoin de beaucoup de place en position d'arrimage. Les ailettes de guidage présentent des évidements ou des languettes courbées sur les coins opposés. Ceci doit permettre au corps largué d'avoir un mouvement de rotation en plus du vol plané. En vol de descente, le corps largué glisse hélicoïdalement jusqu'au sol. Le dispositif de reconnaissance présente, par ailleurs, également des têtes explosives qui peuvent être mises à feu pendant le vol plané vers la cible terrestre. Sur un site web (http://www.helikopterpower.de/Der%20Hubschrauber/Autorotation.htm, en date du 24 mars 2006), on décrit l'aérodynamique de l'autorotation d'une pale de rotor d'hélicoptère). Lors de l'autorotation, on divise la pale de rotor en une section longitudinale intérieure, médiane et extérieure. Dans la section intérieure de la pale de rotor près du centre, la vitesse d'écoulement est si petite que la pale de rotor se trouve dans le décrochage de 30 l'écoulement. a Dans la section médiane de la pale de rotor, on a des forces aérodynamiques globales qui propulsent le rotor. a Dans la section extérieure de la pale de rotor, les forces globales sont telles que le rotor est freiné. 35 L'interaction entre les forces aérodynamique de propulsion et de freinage stabilise la vitesse de rotation de la pale de rotor. L'invention a pour objet de créer un dispositif de reconnaissance de même type qui présente de bonnes propriétés en vol de descente avec une stabilité mécanique élevée. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par un dispositif de reconnaissance conçu comme un corps de largage et composé d'un corps largué avec des moyens de reconnaissance comportant au moins un capteur et d'un dispositif de retard de chute aérodynamique disposé sur le corps largué, caractérisé en ce que le dispositif de retard de chute comporte au moins quatre pales de rotor aptes à fonctionner en autorotation, chacune des pales de rotor étant montée sur le corps largué à l'aide d'une articulation apte à permettre un pivotement de la pale de rotor d'une position repliée à une position déployée, et en ce que, en position repliée, les pales de rotor ont approximativement la forme d'un tube, pouvant par exemple être de section circulaire ou polygonale. Lorsqu'elles sont repliées, les pales peuvent prendre approximativement la forme d'un cylindre creux, voire d'un cône ou d'un tronc de cône. Les avantages de l'invention résident dans le fait que le fonctionnement en autorotation des pales de rotor induit de bonnes propriétés en vol de descente. D'une part, on obtient des vitesses de descente faibles. Ceci augmente la durée ainsi que la qualité de la reconnaissance. La conception des pales de rotor qui, en position repliée, prennent approximativement la forme d'un tube, notamment d'un cylindre creux, est particulièrement avantageuse. En coupe, on a approximativement la forme d'un anneau de cercle. Les pales de rotor sont ainsi disposées sur un profil fermé, rotatif, mécaniquement très stable, qui résiste ainsi à des forces très élevées en position d'arrimage. Alors que les différentes pales de rotor prises séparément peuvent être légèrement courbées, enfoncées ou vrillées, elles sont protégées en position d'arrimage. Ceci est positif pour la sécurité de fonctionnement. Conformément à une forme d'exécution de l'invention, les pales de rotor sont vrillées hélicoïdalement en position repliée. L'avantage de cette conception réside dans le fait que les pales de rotor sont vrillées entre-elles, de telle manière qu'elles forment une enveloppe. L'angle de vrillage augmente à mesure qu'on approche de l'axe de rotation. Ceci permet d'obtenir de bonnes propriétés aérodynamiques. Le profil des pales de rotor est approximativement un arc de cercle. En position repliée, les différents arcs de cercle forment approximativement un cylindre creux. Approximativement, cela signifie d'une part que, sur le plan de la fabrication technique, on s'éloigne toujours d'une forme idéale. Par ailleurs, la forme approchée du cylindre creux peut également résulter du fait que l'on peut avoir un tube de forme polygonale et plus le nombre de pales donc de côtés du polygone est élevé et plus la forme se rapproche du cylindre. Enfin, on peut également s'approcher de la forme d'un cylindre creux lorsque des mesures de mises en forme telles que la coulée, la transformation ou l'usinage font que, pour des raisons d'aérodynamique ou de construction légère, on obtient des ailettes qui présentent un rebord, une moulure ou un évidement. Dans le cas le plus simple, une pale de rotor présente un vrillage hélicoïdal sur toute sa longueur en liaison avec un profil en arc de cercle. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, en position repliée, les moyens de reconnaissance sont, au moins partiellement, en l'occurrence au moins le ou les capteurs, placés à l'intérieur de l'espace fermé délimité par les pales de rotor. Ceci protège les éléments des moyens de reconnaissance disposés à l'intérieur dudit espace lorsque le dispositif de reconnaissance est en position d'arrimage et jusqu'à ce qu'il soit mis oeuvre. Simultanément, on obtient une densité d'emballage élevée lorsque l'espace fermé qui est formé en position repliée des pales de rotor, est principalement occupé par le corps largué. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, le corps largué est un corps long avec une tête et les pales de rotor sont montées sur la tête avec des articulations. Pendant le vol de descente, le dispositif de retard de chute et ainsi, le centre de poussée aérodynamique sont situés en haut. La distance entre le point de poussée aérodynamique et le centre de gravité du corps largué est donc importante. Ceci permet un vol de descente stable. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, les pales de rotor sont montées sur une tête de rotor à coussinets de pivotement. On peut ainsi découpler le mouvement de rotation des pales de rotor de sorte que les moyens de reconnaissance ne subissent aucune rotation dans le cas idéal. Ceci facilite le dépouillement des données dudit au moins un capteur. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, les pales de rotor subissent, en position repliée, la précontrainte d'un ressort. Ceci facilite le déploiement des pales de rotor et empêche le repliage. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, chaque articulation est conçue de telle sorte qu'en vol de descente du dispositif de reconnaissance, la pale de rotor peut pivoter librement à l'intérieur d'une zone d'angle de rotation et que la zone d'angle de rotation s'étend au moins 10 • d'une position V, dans laquelle la pale de rotor forme un cône de rotation ouvert vers le haut avec un angle d'ouverture par rapport à l'axe de rotation de 60 • à une position T, dans laquelle la pale de rotor forme un cône de rotation ouvert vers le haut avec un angle d'ouverture par rapport à l'axe de rotation 15 de 80 . Après le largage du dispositif de reconnaissance dans l'air, la position V est adoptée après un court intervalle. Dans cette position V, la vitesse de descente est, d'une part, élevée. D'autre part, la distance entre le centre de poussée aérodynamique des pales de rotor déployées vers le haut et le centre de gravité est importante. Le dispositif de 20 reconnaissance s'oriente ainsi dans le sens vertical. L'écoulement autour des pales de rotor augmente la rotation. La force centrifuge oriente les pales de rotor en position T. En position T, la vitesse de descente est plus faible, étant donné que la portance est maximale dans cette position, d'autant plus que la rotation et la surface circulaire efficace aérodynamiquement sont importantes. Le dispositif de reconnaissance réagit 25 aux perturbations de l'écoulement en passant momentanément de la position T à la position V. La position V sert à stabiliser le mouvement descendant. Conformément à une autre version de l'invention, l'articulation des pales de rotor présente une butée qui fixe une valeur minimale d'angle d'ouverture en position V. 30 Ainsi, les pales de rotor peuvent être exposées à un écoulement venant d'en-bas de telle sorte que l'on peut très rapidement passer au mode d'autorotation combiné à un passage en position T. Conformément à une autre forme d'exécution de l'invention, la valeur minimale de 35 l'angle d'ouverture est de 10 . Des exemples de réalisation de l'invention sont précisés ci-après à l'aide des dessins qui représentent : 4 - La figure 1 montre un dispositif de reconnaissance en vue éclatée ; - Les figure 2 à 4 présentent différents composants agrandis du dispositif de reconnaissance représenté à la figure 1, à savoir une pale de rotor, une tête de rotor et un moyeu ; - La figure 5 montre le dispositif de reconnaissance de la figure 1 représenté en coupe longitudinale de telle sorte que la moitié gauche du dispositif de reconnaissance représente la position repliée et la moitié droite la position déployée, avec une représentation simplifiée des pales de rotor ; - La figure 6 présente un détail agrandi de la coupe longitudinale de la figure 5, qui met en avant la zone des coussinets de pivotement de la tête de rotor ; - les figures 7 à 10 illustrent le dispositif de reconnaissance dans une représentation en perspective qui présente les étapes du processus de déploiement des pales de rotor ; - la figure 11 est une vue en coupe du dispositif de reconnaissance représenté à la figure 7 en position repliée, le plan de coupe étant représenté à la figure 7 par XI-XI. La figure 1 et les représentations en coupe correspondantes selon les figures 5 et 6 présentent un dispositif de reconnaissance 1 conçu comme un corps de largage et composé d'un corps largué 10 avec des moyens de reconnaissance 20 comportant au moins un capteur et d'un dispositif de retard de chute aérodynamique disposé sur le corps largué. Le dispositif de retard de chute possède au moins quatre pales de rotor 30 conçues pour un fonctionnement en autorotation. Chaque pale de rotor 30 est montée sur le corps largué 10 à l'aide d'une articulation qui permet de faire pivoter la pale de rotor 30 d'une position repliée à une position déployée. Les pales de rotor 30 sont conçues de telle sorte qu'en position repliée, elles prennent approximativement la forme d'un cylindre creux. La position repliée est illustrée par exemple par les figures 7 et 11, alors que la position déployée est illustrée par exemple par la figure 10. D'après la figure 7, le dispositif de reconnaissance 1 possède approximativement une forme cylindrique extérieure en position repliée. Un corps avec cette forme extérieure est facile à placer et ne nécessite pas beaucoup de place. La figure 11 illustre le35 cylindre creux 31 précité composé des pales de rotor 30. Le cylindre creux 31 forme une enveloppe protectrice pour le corps largué 10 avec les moyens de reconnaissance 20. Par ailleurs, le dispositif de cylindre creux protège aussi chaque pale de rotor 30. Le boîtier 11 du corps largué 10 avec les moyens de reconnaissance est conçu avec des parois minces pour protéger le cylindre creux 31 et fabriqué en matière plastique, donc avec un matériau de faible résistance. Comme le montrent la figure 7 et la figure 11 correspondante, les pales de rotor 30 sont vrillées hélicoïdalement. Les pales de rotor voisines 30 définissent en position repliée une ligne de choc 32. Chaque ligne de choc 32 entre des pales de rotor voisines 30 en position repliée monte hélicoïdalement avec des angles de torsion réguliers ou irréguliers. L'angle de torsion, qui varie en permanence sur la longueur des pales de rotor 30, permet de s'adapter aux vitesses circonférentielles respectives. Ceci permet d'obtenir de bonnes propriétés aérodynamiques. En raison de la torsion hélicoïdale, les pales de rotor présentent une surface vrillée en position déployée. L'angle de vrillage augmente à mesure qu'on approche de l'axe de rotation 35, ce qui permet d'obtenir de bonnes propriétés aérodynamiques. Le vrillage apparaît clairement à la figure 2 qui représente une pale de rotor individuelle. L'exemple de réalisation présente 6 pales de rotor 30. Chaque pale de rotor 30 présente un profil qui correspond à un arc de cercle représentant 1/6ème du cercle. On choisit le nombre de pales de rotor 30 en fonction du périmètre du corps largué 10. Plus le périmètre du corps largué est grand, plus le nombre de pales de rotor 30 sera élevé. On tient compte ici du paramètre du nombre de Reynolds. Cette relation est non linéaire. La moitié gauche de la vue en coupe de la figure 5 illustre le fait qu'en position repliée, les moyens de reconnaissance 20 sont montés à l'intérieur de l'espace fermé du cylindre creux 31. Les moyens de reconnaissance 20 son ainsi protégés jusqu'à leur mise en oeuvre. La figure 6 illustre particulièrement bien le fait que les pales de rotor 30 sont montées sur une tête de rotor 50 à coussinets de pivotement. Les moyens de reconnaissance 20 sont ainsi découplés du mouvement de rotation. Le dépouillement d'images est simplifié lorsque ledit au moins un capteur des moyens de reconnaissance 20 est un capteur d'image. La figure 1 montre par exemple que le corps largué 10 est un corps long muni d'une tête et que les pales de rotor 30 sont montées sur la tête avec des articulations. Chaque articulation est conçue de telle sorte qu'en vol de descente du dispositif de reconnaissance 1, la pale de rotor 30 peut pivoter librement à l'intérieur d'une zone d'angle de rotation et que la zone d'angle de rotation s'étend au minimum • d'une position V, dans laquelle la pale de rotor forme un cône de rotation ouvert vers le haut avec un angle d'ouverture q) par rapport à l'axe de rotation de 60 • à une position T, dans laquelle la pale de rotor forme un cône de rotation ouvert vers le haut avec un angle d'ouverture p par rapport à l'axe de rotation de 80 . Les caractéristiques précitées sont décrites ci-après à l'aide des figures 7 à 10. La figure 7 présente les pales de rotor 30 en position repliée, immédiatement après le largage ou l'éjection du dispositif de reconnaissance 1 dans l'air. En position repliée, les pales de rotor 30 subissent la précontrainte d'un ressort 80, comme représenté sur les figures 5 et 6. Le ressort 80 permet aux pales de rotor 30 de se déployer. La figure 8 présente le dispositif de reconnaissance 1 avec des pales de rotor partiellement déployées. Comme l'écoulement arrive d'en bas, le passage en position V se fait en continu et rapidement, comme le montre la figure 9. En position V, le centre de poussée aérodynamique se situe au-dessus du centre de gravité, étant donné que les pales de rotors 30 sont déployées vers le haut. Ceci signifie que si l'on considère son axe longitudinal, le dispositif de reconnaissance 1 s'oriente pratiquement parallèlement à la force d'attraction terrestre et qu'il se stabilise dans cette orientation verticale. L'articulation des pales de rotor 30 présente une butée qui fixe une valeur minimale d'angle d'ouverture cp en position V. La figure 6 montre que la butée se présente sous forme d'un anneau d'arrêt 51. La valeur minimale de l'angle d'ouverture ci) est de 10 . Ceci est suffisant pour que les pales de rotor vrillées 30 soient exposées à un écoulement qui permet la mise en place de l'autorotation. A mesure que la vitesse de rotation augmente, les forces centrifuges augmentent. Grâce aux forces centrifuges, les pales de rotor passent de la position V à la position T. En position T, la pale de rotor 30 forme un cône de rotation ouvert vers le haut avec un angle d'ouverture cp par rapport à l'axe de rotation d'au moins 80 . En position T, il sera pratiquement impossible d'obtenir un angle d'ouverture cf) de 90 , étant donné que la force centrifuge orientée vers l'extérieur se superpose à une force verticale plus petite orientée vers le haut. Lorsqu'on passe de la position V à la position T, le centre de poussée aérodynamique se déplace lentement vers le bas en direction du centre de gravité le long de l'axe de rotation. Lorsqu'on passe à la position T, la stabilisation est davantage assurée par l'autorotation, qui est comparable à la stabilisation par rotation d'un projectile. Alors qu'en position V, la vitesse de descente est encore élevée, dans la position T que l'on rencontre ultérieurement, la vitesse de descente est beaucoup plus faible. Ceci est dû aux forces de portances importantes en position T, qui se forment compte tenu du nombre de rotation élevé des pales de rotor et de la grande surface circulaire efficace aérodynamiquement des pales de rotor. Lorsque le dispositif de reconnaissance se trouve en position T et qu'il rencontre des perturbations importantes, de type rafales ou vent fort, qui réduisent sa vitesse de rotation, la force centrifuge exercée sur les pales diminue et le dispositif de reconnaissance passe en position V, se stabilise et revient ensuite en position T. Le dispositif de reconnaissance se stabilise donc de manière autonome. La plage d'angle de rotation minimal s'étale d'un angle d'ouverture cp de 60 à un angle d'ouverture cp de 80 , comme on l'a déjà vu précédemment. On obtient d'ores et déjà un bon effet de stabilisation. L'effet de stabilisation est augmenté lorsque la plage d'angle de rotation minimal s'étale d'un angle d'ouverture cp de 45 à un angle d'ouverture cp de 80 . Les forces aérodynamiques peuvent être modifiées en adoptant les mesures suivantes si l'on souhaite obtenir un réglage spécifique au comportement en vol de descente. • Variation du vrillage des pales de rotor. Dans le cas d'une torsion hélicoïdale, l'angle de torsion peut être modifié. L'angle de torsion peut être différent le long de la pale de rotor. • Variation de la position de l'alésage 34 (figure 2). L'alésage est situé sur un taquet 33. Le taquet 33 est une pièce recourbée dont la longueur peut varier. • Variation de l'angle d'ouverture minimum en position V. Le dispositif de reconnaissance peut être monté rapidement et facilement. A cet effet, 15 seules les étapes suivantes sont nécessaires : • Mise en place du coussinet 70 (figure 6) dans le logement prévu à cet effet dans la tête de rotor 50 et fixation par un anneau de sécurité 72. • Montage de la pale de rotor 30 dans la tête de rotor 50 et mise en place du ressort 80. 20 • Pour ce faire, la pale de rotor 30 (figures 2 et 3) présente un taquet 33 muni d'un alésage 34. Le taquet 33 est glissé dans une fente 52 de la tête de rotor 50. La pale de rotor 30 est reliée à la tête de rotor 50 par une cheville de rotation 53. A cet effet, on fait passer la cheville de rotation 53 dans l'alésage opposé 54 de la fente 52 et dans l'alésage 34 du taquet 33 situé au milieu 25 des 2 alésages. La figure 6 est une illustration des pales de rotor 30 articulables autour de la cheville de rotation 53. En utilisant des ajustements serrés et des ajustements avec jeu, on s'assure que les pales de rotor 30 peuvent pivoter librement et que les chevilles articulées 53 ne peuvent se déplacer. 30 • Mise en place du moyeu 60 (figure 5) dans le boîtier 11 et vissage à bloc du moyeu 60. • Assemblage de l'unité préalablement montée de la tête de rotor 50 avec l'unité préalablement montée du moyeu 60. A cet effet, on fait correspondre l'ajustement intérieur du coussinet 70 avec l'ajustement extérieur du moyeu 35 60 et on bloque la position avec un anneau de sécurité 71 (figure 6). • Enfoncement de l'anneau d'arrêt 51. Le dispositif de reconnaissance représenté sur les schémas a été conçu comme un prototype. Le prototype avait un diamètre d'env. 30 mm, une longueur d'env. 150 mm et un poids d'env. 150 g. La vitesse de descente en position T était de 3 m/s. Le dispositif de reconnaissance 1 peut être amené jusqu'à sa hauteur d'intervention par un projectile porteur, un missile ou un engin volant. Le dispositif de reconnaissance peut être utilisé dans des applications militaires, policières ou civiles. En cas d'utilisation militaire, le dispositif de reconnaissance peut par ailleurs comporter une munition de défense. L'utilisation civile peut concerner des études météorologiques. Revendications 1. Dispositif de reconnaissance (1) conçu comme un corps de largage et composé d'un corps largué (10) avec des moyens de reconnaissance (20) comportant au moins un capteur et d'un dispositif de retard de chute aérodynamique disposé sur le corps 10 largué (10), caractérisé en ce que le dispositif de retard de chute comporte au moins quatre pales de rotor (30) aptes à fonctionner en autorotation, chacune des pales de rotor (30) étant montée sur le corps largué (10) à l'aide d'une articulation (40) apte à permettre un pivotement de la pale de rotor (30) d'une position repliée à une position déployée, et en ce que, en position repliée, les pales de rotor (30) ont 15 approximativement la forme d'un tube (31). 2. Dispositif de reconnaissance (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en position repliée, les pales de rotor (30) ont approximativement la forme d'un cylindre creux (31). 3. Dispositif de reconnaissance (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, 20 caractérisé en ce que les pales de rotor (30) sont vrillées hélicoïdalement en position repliée. 4. Dispositif de reconnaissance (1) selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que, en position repliée, les moyens de reconnaissance (20) sont, au moins partiellement, placés à l'intérieur de l'espace (21) délimité par les pales de rotor 25 en position repliée. 5. Dispositif de reconnaissance (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le corps largué (10) est un corps long muni d'une tête et en ce que les pales de rotor (31) sont montées sur la tête avec des articulations. 6. Dispositif de reconnaissance (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 30 caractérisé en ce que les pales de rotor (30) sont montées sur une tête de rotor à coussinets de pivotement (50). 7. Dispositif de reconnaissance (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les pales de rotor (30) en position repliée sont soumise à la précontrainte d'un ressort (80). 35 8. Dispositif de reconnaissance (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, chaque articulation (40) est conçue de telle sorte qu'en vol de descente du dispositif de reconnaissance (1), la pale de rotor (31) peut pivoter librement à l'intérieur d'une zone d'angle de rotation et que la zone d'angle de rotation s'étend : • d'une position V, dans laquelle la pale de rotor (30) forme un cône de rotation ouvert vers le haut avec un angle d'ouverture (y) par rapport à l'axe de rotation de 60 • à une position T, dans laquelle la pale de rotor (30) forme un cône de rotation ouvert vers le haut avec un angle d'ouverture (y) par rapport à l'axe de rotation de 80 . 9. Dispositif de reconnaissance (1) conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que, les articulations (40) des pales de rotor (30) présentent une butée qui fixe une valeur minimale d'angle d'ouverture (y) en position V. 10. Dispositif de reconnaissance (1) conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que, la valeur minimale de l'angle d'ouverture (y) est de 10 .