Brevet FR2941677A1 — publié le 20100806

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. Il 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 dépend de sa fixation immédiate au bâtiment dès que l'appareil touche le pont, du moment où il se pose, de la précision de la trajectoire et du parallélisme des plans que forment entre eux le pont et le rotor. La fixation peut être assurée par un harpon qui se plante dans une grille, ou par une ventouse ventrale qui est aspirée par le pont ( INPI, 08 00195) 35 La Marine Française tente donc de résoudre les problèmes de guidage et de gestion de vol au moyen d'un système de prévision des mouvements du navire, faisant appel à différents radars détecteurs des vagues à venir. Le dispositif de Guidage Opto-électronique pour Appontage de Drone 40 d'Hélicoptère innove en utilisant, conjointement, un projecteur à lumière structurée encastré dans le pont, et comme senseur, la caméra d'observation de l'hélicoptère. Associé à trois télémètres disposés en triangle sous le ventre de l'appareil, le dispositif selon l'invention permet au drone de gérer lui-même sa descente vers la cible et de choisir le moment 45 favorable pour se poser parallèlement au pont avec un choc minimal. 2941677 -2- Le projecteur (1) est constitué de 2 à 300 diodes LED hyperlumineuses, à faible angle d'ouverture, de manière à former un faisceau très clair au centre et s'atténuant rapidement vers la périphérie, toutefois encore visible sous un angle de 60 degrés environ. Il est encastré dans le pont. Un mécanisme de 5 suspension à balancier le stabilise en position verticale en dépit du roulis et du tangage. La caméra (2) de bord possède un objectif à focale variable. Pour l'appontage, elle est stabilisée verticalement vers le bas par un dispositif gyroscopique et l'objectif est réglé sur la plus courte focale. Le ventre de l'hélicoptère intègre trois appareils de télémesure (3) capables de donner en temps réel la distance les séparant du pont au moins cinq fois par seconde. Le choix du procédé de mesure (radar, laser, ultra-son etc.) est sans importance s'il répond aux exigences. Début de l'appontage selon Fig 1 Guidé par GPS et contrôlé par radar, le drone pénètre dans le cône lumineux du projecteur. Ce projecteur envoie toutes les deux secondes environ un code de mise en marche de l'automatisme d'appontage. À l'inverse d'une télécommande qui allume un téléviseur en veille par flux IR codé, le flux lumineux du projecteur est constant et seulement interrompu par les microcoupures (4) portant les informations codées. Avant même de pointer sur la zone la plus claire du faisceau, la caméra enregistre le code clair-obscur et la procédure démarre. L'informatique de bord commande au pilotage automatique de diriger l'appareil vers le point le plus clair du faisceau porteur du signal, et de l'y maintenir pendant toute la durée de l'appontage. Sitôt que la caméra est centrée sur l'axe du faisceau lumineux, le programme d'appontage en informe le bateau par radio. En fonction de l'état de la mer et des mouvements du bateau, on informe le drone par le canal lumineux de la distance de sécurité à respecter entre les télémètres et le pont avant de terminer l'appontage. Dès que le drone à confirmé l'enregistrement de ces informations, l'autorisation de descendre lui est accordée par un nouveau signal clair-obscur. Choix du moment propice à l'appontage selon Fig 2 Obéissant aux instructions reçues par codes lumineux, le drone s'est arrêté à deux mètres du pont et suit les mouvements de celui-ci, guidé, dans le plan horizontal, par l'alignement de la caméra sur l'axe du projecteur, et, en vertical, par les télémètres qui indiquent en continu la distance les séparant du pont. Dès que la distance moyenne des trois télémètres passe en-dessous de l'écart de sécurité prescrit, le pilote automatique fait remonter l'appareil. Dans l'ordinateur de bord, le logiciel d'appontage enregistre en permanence les informations des trois télémètres (3) et réalise un tracé virtuel des trois courbes (3a ; 3b; 3c) représentant dans le temps les variations en hauteur des trois points de mesure par rapport au pont. 2941677 -3- Le croisement simultané des trois courbes signifie que les trois télémètres sont à égale hauteur du pont, et aussi que les plans respectifs du pont et du rotor sont parallèles û mais pas obligatoirement horizontaux ! A cet instant, l'hélicoptère peut tout aussi bien être penché pour lutter contre le 5 vent, et le bateau incliné par les vagues. Néanmoins, ce cas particulier de parallélisme est à privilégier pour l'appontage car il n'induit pas de précession sur le rotor. L'ordinateur de bord analyse en permanence l'évolution des trois courbes pour prévoir à quel instant elles convergeront vers un seul point. Dans l'exemple de la Fig.2, au temps 0 seconde, les 10 calculs de l'ordinateur prévoient que ces courbes commenceront à se tenir toutes les trois entre les limites de tolérance du parallélisme (5) à +3,6 s, ceci pendant 1,2 s, et commenceront à en ressortir à +4,8 s. L'ordre est envoyé au pilote automatique de descendre et de toucher le pont dans 4,2 s. Aidé par la gravitation terrestre, l'hélicoptère descend d'abord 15 rapidement, puis ralentit dès que les télémètres annoncent la proximité du pont. A peine s'est-il est posé que sa ventouse ventrale est automatiquement aspirée par le pont (INPI 08 00195). L'appareil est ainsi instantanément collé au bateau et ne risque plus de glisser à la mer. Pour terminer, l'ordre de couper le moteur est envoyé par le projecteur. 20 Selon une variante non illustrée, ce dispositif peut aussi être transportable pour des opérations de secours par mauvaise visibilité, pour autant que l'hélicoptère soit équipé en conséquence. La faible consommation électrique et l'encombrement réduit du projecteur permet p.ex. à une 25 équipe de secouristes en montagne d'improviser une piste d'atterrissage pour guider un hélicoptère dont le pilote est aveuglé par la neige ou le brouillard. Mieux que l'oeil humain, les pixels du capteur de la caméra numérique sont capables de différencier de faibles variation lumineuses dans ou hors 30 du spectre visible de la lumière, donc de diriger sans faillir un appareil volant vers le point le plus intense d'une source lumineuse diffuse. REVENDICATIONS1. Dispositif pour automatiser la pose d'un hélicoptère sur une cible immobile, caractérisé en ce qu'il comporte, sur la cible d'une part, un projecteur opto-électronique servant à la fois de repère lumineux et de télécommande par codes lumineux, et, sous l'hélicoptère d'autre part, une caméra d'observation servant en sus à repérer le projecteur et capter ses signaux optiques. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, sous l'hélicoptère, un jeu de trois télémètres destinés à mesurer en continu les variations de distance qui les séparent d'une cible mobile et/ou oscillante, afin de prévoir, au moyen d'un logiciel, l'instant où le train d'atterrissage ( patins, roues, ventouse etc. ) et la surface de pose seront parallèles entre eux. 3. Dispositif selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le projecteur n'est pas intégré à la cible, mais consiste en un appareillage mobile pour des usages uniques ou de courte durée tels que par exemple des opérations de sauvetage. /moi /2Q.d ee/032010