Brevet FR2926286A1 — publié le 20090717

DESCRIPTION La Marine nationale veut équiper ses bâtiments de drones d'hélicoptère. Mais faire apponter ces machines capricieuses est un véritable casse-tête. Le défi est presque aussi formidable que celui des débuts de l'aviation moderne... Les Américains ont développé un drone d'hélicoptère, le Fire Scout, qui doit équiper l'US Navy. Maintenant c'est au tour des Français... 1 o Le point délicat à régler pour les candidats au marché est l'appontage, en raison de la précision requise. Il s'agit de poser le drone avec un écart de 10 centimètres maximum au centre d'une grille de la taille d'une table de salon. Sinon c'est l'accident provoqué par la gîte du navire. Cette grille est creusée d'alvéoles dans lesquelles le drone doit projeter un harpon dès 15 qu'il est au contact pour éviter qu'il ne se renverse. Pour effectuer cette difficile manoeuvre d'appontage, la solution choisie par les Américains est un système composé d'un radar placé sur le navire et d'un transpondeur sur le drone... Le radar connaît de manière permanente la position du drone grace au signal qu'il reçoit du 20 transpondeur. fi va tout simplement le guider jusqu'à la grille... Mais, outre la forte consommation énergétique... subsiste un risque majeur : en cas de rafale de vent, le pinceau très mince que dessine le faisceau du radar peut perdre le drone... Prudents, les Américains se contentent donc de tester leur radar transpondeur uniquement par mer calme. 25 (Extraits de : Drones d'hélicoptère à l'abordage, Didier Gout, Science et Avenir, octobre 2007) De l'article ci-dessus, il apparaît que la sécurité d'appontage d'un drone 30 découle d'une part de sa fixation immédiate au bâtiment dès que l'appareil touche le pont et, d'autre part, du moment où il se pose. Ce moment opportun dépend des mouvements aléatoires verticaux du bateau induits par le tangage et le roulis. Si l'appareil apponte lors de la montée du pont, le contact peut être brutal et destructeur. 35 La Marine Française tente donc de résoudre ce problème au moyen d'un système de prévision des mouvements du navire, faisant appel à différents radars détecteurs des vagues à venir. Le Dispositif de Capture et d'Appontage de Drones, utilisant une ventouse, 40 aborde ces deux problèmes de sécurité d'une manière originale, peu coûteuse au niveau du drone, mais plus complexe en ce qui concerne le pont. Un dispositif à ventouse conventionnel ne peut pas être adapté sur un drone en raison du poids de l'équipement à embarquer et de sa complexité. Le dispositif selon l'invention innove en intégrant toute la 45 technique nécessaire à l'aspiration dans et sous le pont du bateau, alors que la ventouse montée sous le drone n'est qu'un disque creux, passif et sans pouvoir aspirant. Cette technique offre en outre une vaste plage 2926286 -2- d'appontage. Nul besoin de poser le drone avec précision, la capture de l'appareil pouvant s'effectuer aussi bien au centre de la cible que dans ses bords. Et plus encore : si le dispositif d'accrochage par harpon offre rarement la chance d'un deuxième essai d'appontage, le dispositif selon 5 l'invention permet de réitérer les tentatives à l'infini. CAPTURE ET APPONTAGE DE DRONES Explications du fonctionnement en complément de la Fig. 1 Guidé par GPS et contrôlé par radar, le drone D s'est positionné en vol stationnaire au-dessus du pont du bâtiment-porteur chahuté par la houle, à une hauteur de sécurité qui le préserve d'une collision (5 à 10 m, ou plus si besoin est). À la verticale de la cible, le treuil (1) déroule le câble (2) pour faire sortir la ventouse V de son logement (9) et la descendre vers le pont aspirant P. La ventouse, en matériaux composites (fibres de carbone etc.), est légère 20 et résistante aux chocs. Sa face inférieure est constituée d'une tôle d'aluminium perforée (3). Des petites arcades, dont les piédroits servent d'entretoises anti-écracement et de points d'accrochage à la grille, occupent l'espace entre les deux faces. 25 Le pont aspirant est placé au-dessus d'une soute, ou d'un compartiment hermétique, où l'on crée une dépression (env. 900 hP) au moyen d'une turbine. La soute abrite la machinerie du dispositif d'appontage (compresseur, réservoir d'air comprimé, tuyauterie, câblage, évacuation des infiltrations etc.) La surface d'appontage ou cible est percée d'orifices 30 circulaires équidistants où se logent des bouches aspirantes (4). Autour de chacune d'elles, des anneaux détecteurs de métaux (5) sont intégrés au pont. Dès que la ventouse (resp. sa grille d'alu ) parvient à proximité du pont 35 aspirant (env. 0,2 m), elle est localisée par les anneaux détecteurs de métaux qui commandent l'ouverture des bouches situées à cet instant précis sous la ventouse. Il s'ensuit un violent appel d'air sous la ventouse qui se plaque contre le 40 pont. En moins d'une seconde, la différence de pression atmosphérique entre les deux faces de la ventouse mesure 100 hP, soit env. 1000 kg/m2, beaucoup trop pour qu'un petit hélicoptère puisse arracher ce poids. Le drone est désormais captif de son bâtiment-porteur. 45 Délesté du poids de sa ventouse, le drone, sans devoir modifier une commande, tend automatiquement à remonter, ce qui maintient une 15 2926286 -3- tension permanente dans le câble (2). Accroché à lui, il reste ainsi équidistant du bateau malgré le tangage ou le roulis. Il monte et descend, se balançant au même rythme que le pont comme s'il s'agissait d'un ballon captif. 5 Puis l'ordre est donné d'enrouler le câble (2) sur le treuil (1). Tirant toujours sur le câble, le drone descend sans risque de collision. Dès qu'il est près du pont, l'épaulement (6) conique et le disque (7) de la ventouse s'encastrent dans le logement (9) et immobilisent l'appareil. 10 L'appontage est réussi. Solidement calé par la tige (8) et l'épaulement (6) de la ventouse toujours aspirée par le pont, le drone arrête son moteur. Il repose maintenant en sécurité sur le ventre, c.à.d. sur la ventouse. L'équipage peut désormais prendre l'appareil en charge en l'aménageant d'un dispositif roulant. BOUCHE ASPIRANTE Fig. 2 Pièce maîtresse du pont aspirant 5 Anneau détecteur de métal, noyé dans le pont 10 Canal d'équilibrage des pressions entre l'intérieur du cylindre et l'extérieur 11 Vanne d'obturation et d'ouverture de l'aspiration 12 Tige de commande 13 Lumières d'aspiration réparties autour du cylindre (2,3 ou 4) 14 Ressort 15 Boulons d'assemblage entre les parties haute et basse 16 Entrée d'air comprimé 17 Piston de commande 18 Sortie d'air de sécurité en cas de surpression Fonctionnement Le détecteur de métal (5), à l'approche de la grille d'aluminium, envoie son signal à un relai-amplificateur qui actionne l'ouverture d'une électrovanne*. Celle-ci, en s'ouvrant, laisse pénétrer l'air comprimé par (16) dans le cylindre du piston (17). Le piston (17) descend jusqu'à (18), entraînant avec lui la vanne (11) qui dégage l'ouverture des lumières (13) * Electrovanne à 3 voies : Marche = remplissage du cylindre (non dessinée) Arrêt = purge du cylindre pour une fermeture rapide de la bouche Résultat : L'air extérieur sous la grille d'aluminium est soudainement 2926286 -4- aspiré dans les bouches ouvertes par le dispositif de détection. Cet appel d'air a pour effet de plaquer la ventouse sur le pont et de comprimer le ressort de l'amortisseur (20) intégré à l'épaulement conique. En moins d'une seconde, la pression sous et dans la ventouse s'équilibre avec celle du 5 compartiment situé sous le pont. En réduisant de seulement 10 % la pression atmosphérique sous le pont, une ventouse de 1 m2 de surface supporte déjà une force d'env. 1000 kg sur sa face supérieure. Le joint périphérique (caoutchouc, silicone etc) 10 assure l'étanchéité entre la ventouse et le pont-aspirant, mais aussi l'adhérence nécessaire pour empêcher un glissement latéral. Liste des éléments mécaniques essentiels composant l'ensemble du dispositif de capture et d'appontage de drones (d'hélicoptères) Sur le drone Treuil (1) : descend la ventouse jusqu'au niveau du pont aspirant pour conserver au drone une distance de sécurité avec le bâtiment en cas de 20 mer forte. Assure la descente sécurisée du drone dès que la capture de la ventouse est réalisée. Guide-câble : (non dessiné) règle le point optimal de traction du câble près du centre de gravité. 25 Amortisseur (20) : laisse du mou à la ventouse pour être aspirée instantanément sans être freinée par le drone ni tirer excessivement sur le câble lors de la capture. 30 Epaulement (6) : renforce la tige de l'amortisseur. S'emboîte dans le logement conique pendant le vol, et immobilise le drone à l'appontage. Ventouse : disque creux dans lequel l'air circule librement entre une série d'arcades raidissant l'ensemble. Sa face inférieure, en métal grillagé, 35 enclenche l'ouverture des bouches d'aspiration et laisse échapper l'air contenu dans le disque. Un joint périphérique assure l'étanchéïté et l'adhérence avec le pont aspirant. Sur le bâtiment-porteur 40 Bouches aspirantes (4) : Vannes équidistantes, réparties dans le pont aspirant. Elles s'ouvrent automatiquement en présence d'une masse métallique (grille de la ventouse) pour laisser l'air extérieur pénétrer dans le compartiment clos dépressurisé sous le pont aspirant ou dans 45 l'entrepont. 15 2926286 -5- Détecteurs de métal (5) : dispositif intégré au pont aspirant, entourant chaque bouche. Déclenchent l'ouverture des bouches à l'approche de la ventouse. Ces détecteurs sont contrôlés séparément (activé/neutralisé) pour permettre de délimiter une zone privilégiée de la cible ou son rayon 5 actif en fonction des conditions météorologiques. Compresseur : (non dessiné) placé sous le pont, il délivre l'air comprimé nécessaire à la commande pneumatique d'ouverture des bouches aspirantes. Turbine : (non dessinée) placée entre le volume dépressurisé et l'extérieur, elle entretien une dépression atmosphérique artificielle constante sous le pont aspirant pendant la phase d'appontage du drone. 10 REVENDICATIONS 1) Dispositif de capture et d'appontage de drone, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre une dépression atmosphérique artificielle sous, sur ou dans le pont d'un bâtiment flottant, afin de capturer et retenir un engin volant équipé sous sa cabine d'une ventouse appropriée démunie de tout moyen d'aspiration. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il peut être soit fixe, soit mobile.