Brevet FR2967971A1 — publié le 20120601

Véhicule aérien pour lancement aéroporté d'une charge La présente invention concerne un véhicule aérien pour lancement aéroporté d'une charge. On connaît déjà, dans l'état de la technique, un véhicule aérien pour le lancement aéroporté d'une charge, du type comportant des moyens de support et de largage d'une charge. La charge est par exemple un lanceur, c'est-à-dire une fusée permettant de placer en orbite un ou plusieurs satellites. Un tel véhicule aérien permet de faire bénéficier de son altitude et de sa vitesse à la charge lors du largage de cette charge. Par exemple, pour un satellite donné à lancer en orbite, il est possible d'utiliser un lanceur moins puissant, donc de masse et/ou d'encombrement inférieur, que lorsque le satellite est porté par un lanceur lancé depuis le sol. De même, un lanceur similaire peut porter un satellite de masse plus importante lorsqu'il est largué depuis un véhicule aérien plutôt que lorsqu'il est lancé depuis le sol. Toutefois, le largage d'une charge en plein vol est particulièrement complexe à mettre en ceuvre. En particulier, les perturbations de l'air induites par le véhicule aérien risquent de perturber le comportement de la charge lors de son largage, rendant ainsi ce comportement difficile à anticiper et maîtriser. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient en fournissant un véhicule aérien adapté pour l'expérimentation de largages aéroportés de charges, et pour favoriser le largage d'une charge en plein vol. Un tel véhicule aérien permet notamment d'expérimenter différentes solutions de largage, dans le but d'étudier et de modéliser des conditions de largage, en vue de les maîtriser par la suite sur des véhicules aériens de largage de lanceur. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un véhicule aérien pour lancement aéroporté d'une charge, du type comportant des moyens de support et de largage d'une charge, caractérisé en ce qu'il comporte deux fuselages portant chacun un élément d'empennage, les élément d'empennage étant agencés divergeant l'un par rapport à l'autre de façon à former ensemble un empennage en V, et une voilure comprenant : - une partie centrale, agencée entre les deux fuselages, portant les moyens de support et de largage, et - deux ailes latérales, s'étendant chacune depuis un fuselage respectif. Les perturbations générées par les fuselages en vol sont principalement localisées en arrière de ces fuselages donc sont relativement peu localisées dans la partie centrale portant la charge. 2 En particulier, l'empennage en forme de V permet de dégager la partie centrale de toute structure porteuse, de sorte que les perturbations aérodynamiques induites par le véhicule porteur sur la charge, et réciproquement par la charge sur le véhicule, soient limitées. En outre, cet empennage en V permet de dégager l'espace entre les deux fuselages à l'arrière de la charge, de façon à limiter les risques de choc entre cette charge et l'empennage en cas de largage instable. Ainsi, la charge étant relativement peu soumise aux perturbations lors de son largage, et son comportement étant peu influencé par ces perturbations, le comportement de la charge est donc plus simple à étudier et à anticiper. Le véhicule aérien selon l'invention permet d'expérimenter diverses stratégies reproductibles de largage de charges. Dans le cas d'un véhicule aérien d'expérimentation, la charge est formée par une maquette de lanceur. Un des objectifs d'un tel véhicule aérien est de permettre le lancement de la charge directement depuis le véhicule, c'est-à-dire que les moteurs de la charge peuvent être allumés préalablement à son largage, contrairement à un véhicule aérien de l'état de la technique, dans lequel la charge est larguée par pesanteur, ses moteurs n'étant allumés que lorsque cette charge s'est suffisamment éloignée du véhicule aérien. Un véhicule aérien selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la partie centrale présente une section transversale en forme de V, les moyens de support et de largage étant agencés entre les branches du V, - la partie centrale présente une section transversale en forme de V inversé, les moyens de support et de largage étant agencés entre les branches du V, - le véhicule aérien comporte des moyens de mesure des conditions de vol, par exemple destinés à mesurer la position, la vitesse, l'accélération du centre d'inertie du véhicule aérien et ses accélérations, vitesses et positions angulaires suivant trois axes perpendiculaires passant par son centre de gravité, - chaque fuselage comporte des moyens de gestion de vol, reliés aux moyens de mesure, permettant le pilotage automatique et/ou à distance du véhicule aérien, - les moyens de support et de largage sont agencés de sorte que le centre de gravité de la charge coïncide sensiblement avec le centre de gravité du véhicule, - chaque fuselage comporte un organe de support d'un moteur, l'organe de support de chaque moteur étant incliné vers l'organe de support de l'autre moteur, de sorte que la distance entre les moteurs est inférieure à la distance entre les fuselages correspondants, - chaque fuselage comporte au moins un réservoir de carburant destiné à alimenter le moteur porté par ce fuselage, - les réservoirs de carburant présentent ensemble un centre d'inertie coïncidant sensiblement avec le centre d'inertie du véhicule aérien, - au moins un moteur est un turboréacteur, - le véhicule aérien comporte des moyens de fixation amovibles de la partie centrale, des fuselages et des ailes entre eux, - les moyens de fixation amovibles comportent : au moins une traverse de fixation, portée par la partie centrale et prolongeant latéralement cette partie centrale de chaque côté, pour chaque traverse, un orifice complémentaire de passage de cette traverse ménagé sur chacun des fuselage, et pour chaque traverse, un rail creux de forme complémentaire de cette traverse , destiné à recevoir cette traverse 34, agencé sur chaque aile, - la paire d'ailes est choisie dans un jeu d'au moins deux paires d'ailes de dimensions différentes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux Figures annexées parmi lesquelles : la Figure 1 est une vue de dessus d'un véhicule aérien selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention ; la Figure 2 est une vue de face du véhicule aérien de la Figure 1 ; - la Figure 3 est une vue similaire à la Figure 2 d'un véhicule aérien selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention ; et la Figure 4 est une vue en perspective éclatée du véhicule aérien de la Figure 3. On a représenté, sur les Figures 1 et 2, un véhicule aérien 10 pour le lancement aéroporté d'une charge 12, selon un premier exemple de mode de réalisation de l'invention. Dans l'exemple décrit, le véhicule aérien 10 est un véhicule d'expérimentation de largage aéroporté, permettant d'étudier les comportements du véhicule 10 et de la charge 12 lors du largage de cette charge 12. Dans ce cas, la charge 12 est une maquette de lanceur permettant de simuler le largage aéroporté d'un véritable lanceur. La charge 12 est portée par le véhicule 10 par l'intermédiaire de moyens 14 de support et de largage de cette charge 12, de type classique. Les moyens 14 sont destinés à porter la charge 12 durant un vol, puis à larguer cette charge 12 quand cela est souhaité. Avantageusement, les moyens de support 14 sont adaptés pour porter la charge 12 en faisant sensiblement coïncider le centre de gravité de cette charge 12 avec le centre de gravité du véhicule 10. Ainsi, la présence ou l'absence de la charge 12 ne modifie pas le centre de gravité de ce véhicule 10, ce qui facilite la maîtrise du comportement du véhicule aérien 10, notamment lors du largage de la charge 12. On notera que, la géométrie du véhicule 10 décrit ci-dessous étant particulièrement simple, le centre de gravité de ce véhicule 10 est facile à définir. Le véhicule aérien 10 comporte deux poutres 16 formant fuselages 16, une partie centrale 18 agencée entre ces deux fuselages 16, et deux ailes latérales 20 s'étendant chacune depuis un fuselage respectif 16. La partie centrale 18 et les ailes latérales 20 forment ensemble une voilure 21 du véhicule aérien 10. On notera que le véhicule aérien 10 présente une forme générale symétrique par rapport à un plan médian longitudinal P. Cette forme symétrique est adaptée à un contrôle optimal du véhicule aérien 10 en vol. Chaque fuselage 16 comporte des moyens 22 de gestion du vol, de préférence agencés dans une partie avant de ce fuselage 16. Ces moyens 22 permettent de piloter le véhicule aérien 10 à distance, ou de manière automatique. Ainsi, le véhicule aérien 10 ne transporte pas de pilote, et permet donc de tester des trajectoires très précises, difficiles et/ou dangereuses qui ne seraient pas réalisables par un pilote humain. Le véhicule aérien 10 comporte également, de préférence sur chaque fuselage 16, des moyens 23 de mesure de paramètres de conditions de vol, permettant de mesurer en temps réel de tels paramètres de conditions de vol, tels que la position (notamment l'altitude), la vitesse, l'accélération, le roulis, le tangage et/ou le lacet du véhicule aérien 10. Avantageusement, les moyens de mesure 23 sont également propres à mesurer les efforts entre la charge 12 et le véhicule aérien 10 lors du largage de cette charge 12. De préférence, les moyens de mesure 23 comportent des moyens de surveillance de l'état de la charge 12, afin notamment de permettre la visualisation de la charge 12 et la réalisation de vidéos lors du largage. Le véhicule aérien 10 d'expérimentation de largage aéroporté permet donc d'expérimenter de manière reproductible diverses configurations de largage aéroporté, en fonction des paramètres de conditions de vol souhaités, et d'étudier le comportement du véhicule 10 ou de la charge 12 lors du largage. En particulier, un tel véhicule d'expérimentation 10 permet d'étudier les perturbations liées au largage, et/ou de vérifier que le comportement des moyens de gestion de vol 22 est convenable lors de ce largage. Les moyens 22 de gestion du vol sont reliés aux moyens de mesure 23, et permettent de contrôler de manière optimale le comportement du véhicule aérien 10, notamment au moment du largage de la charge 12. Chaque fuselage 16 comporte également un moteur 24 et un réservoir de carburant 26 agencés à proximité de ce moteur 24, et destinés à alimenter ce moteur 24.En variante, les moteurs 24 pourraient être agencés sur la partie centrale 18. Avantageusement, les réservoirs de carburant 26 présentent ensemble un centre d'inertie coïncidant sensiblement avec le centre d'inertie du véhicule aérien 10. Ainsi, la variation du poids du réservoir de carburant 26 ne déstabilise pas le véhicule aérien 10 durant le vol, quelle que soit la quantité de carburant que contient ce réservoir 22. Par ailleurs, les fuselages 16 comportent de préférence des emplacements de réservation permettant ballaster le véhicule si cela est nécessaire, notamment lorsque les conditions de représentativité, par similitude dynamique, de véhicules de plus grandes dimensions, l'imposent. Ces emplacements de réservation sont situés de telle sorte que leur utilisation ne modifie pas la position du centre d'inertie du véhicule 10. On modifie ainsi la charge alaire et les inerties du véhicule d'expérimentation 10, sans nuire à sa stabilité. De préférence, chaque moteur 24 est un turboréacteur. En effet, un turboréacteur génère peu de perturbations aérodynamiques, tout en présentant une bonne puissance autorisant aisément des manceuvres pour mettre le véhicule aérien 10 en situation de largage. L'utilisation de turboréacteurs permet donc de limiter les perturbations auxquelles est soumis la charge 12 lors de son largage. En variante, chaque moteur 24 pourrait être un moteur à hélice. Chaque moteur 24 est porté par un organe de support 28 reliant ce moteur 24 au fuselage 16 correspondant. Avantageusement, l'organe de support 28 de chaque moteur 24 est incliné vers l'organe de support 28 de l'autre moteur 24, de sorte que la distance entre les moteurs 24 est inférieure à la distance entre les fuselages 16 correspondants, comme cela est représenté sur les figures 2 et 3. Ce rapprochement des moteurs 24 l'un vers l'autre permet, en cas de panne de l'un des moteurs, de limiter l'incidence de cette panne en permettant la conservation d'un contrôle suffisant du véhicule aérien 10 avec le moteur restant en état de fonctionnement. Chaque fuselage 16 comporte également un élément d'empennage 30 agencé à une extrémité arrière de ce fuselage 16. Chaque élément d'empennage 30 est fixe ou comporte un volet mobile. De tels éléments d'empennage 30 permettent de stabiliser et/ou de contrôler la trajectoire du véhicule aérien 10 en vol. On notera que, du fait que les moteurs 24 sont rapprochés l'un de l'autre, ces éléments d'empennage 30 sont dégagés des flux issus de ces moteurs 24. Ainsi, ces flux issus des moteurs 24 ne perturbent pas le pilotage du véhicule aérien 10 via les éléments d'empennage 30. Par ailleurs, l'écoulement des gaz à l'arrière des moteurs est ainsi effectué sans obstacle. Les éléments d'empennage 30 sont agencés de façon à diverger l'un par rapport à l'autre, de façon à former ensemble un empennage en forme de V, dont chaque élément 30 forme une branche du V. Ainsi, la partie centrale 18 est dégagée de la présence de cet empennage, et ne subit donc pas de perturbations dues à cet empennage. En outre, cet empennage en V permet de dégager l'espace entre les deux fuselages 16 à l'arrière de la charge 12, de façon à limiter les risques de choc entre cette charge 12 et l'empennage 30 en cas de largage instable. De même, du fait de ce dégagement, les perturbations aérodynamiques induites par la charge 12 sur l'empennage 30 lors de son largage sont limitées. Enfin, en cas de largage de la charge 12 avec son propulseur allumé, aucun élément du véhicule d'expérimentation 10 ne se trouve dans le champ du panache de ce propulseur, autorisant ainsi ce type de largage. Comme cela est représenté sur la Figure 2, la partie centrale 18 présente une section transversale en forme de V. En outre, comme cela est représenté sur la Figure 1, la projection orthogonale de la partie centrale 18 sur un plan perpendiculaire au plan médian P présente une forme générale rectangulaire. Les moyens de support et de largage 14 sont agencés entre les branches de ce V. Une telle configuration permet de porter la charge 12 sur le dessus du véhicule aérien 10, c'est-à-dire à l'extrados. Cette configuration est notamment particulièrement adaptée pour un largage en vol balistique. On notera qu'outre sa fonction de surface portante, la partie centrale 18 assure également une fonction de rigidification du véhicule aérien 10, et une fonction de reprise des efforts dus au largage de la charge 12. On a représenté sur la Figure 3 un véhicule aérien 10 selon un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention. Sur cette Figure 3, les éléments analogues à ceux des figures précédentes sont désignés par des références identiques. Conformément à ce deuxième mode de réalisation, la partie centrale 18 présente une section transversale en forme de V inversé. Une telle configuration permet de porter la charge 12 par le dessous, c'est-à-dire à l'intrados. Dans ce cas, le largage est dit « pendulaire ». Avantageusement, la partie centrale 18 est amovible, de façon à pouvoir être facilement agencée dans la première configuration en forme de V, ou dans la deuxième configuration en forme de V inversé, en fonction des préférences de l'utilisateur. De même, la paire d'ailes latérales 20 est également avantageusement amovible, de façon à pouvoir être remplacée à volonté par une paire d'ailes latérales de dimensions différentes, de façon à modifier la charge alaire, l'allongement de la voilure 21 et/ou le moment d'inertie du véhicule 10. En d'autres termes, la paire d'ailes 20 est choisie dans un jeu d'au moins deux paires d'ailes de dimensions différentes. Ainsi, il est possible d'adapter le véhicule aérien 10 à différentes charges 12, de dimensions et/ou de masses différentes. A cet effet, on prévoit des moyens 32 de fixation amovibles des ailes 20, de la partie centrale 18 et des fuselages 16 entre eux, par exemple les moyens de fixation 32 représentés sur la figure 4. Les moyens de fixation 32 comporte au moins une traverse de fixation 34, de préférence deux traverses de fixation 34, traversant la partie centrale 18 et prolongeant latéralement cette partie centrale 18. En variante, les traverses de fixation 34 pourraient ne pas traverser la partie centrale 18, mais simplement la prolonger latéralement. Chaque fuselage 16 comporte, pour chaque traverse 34, un orifice 36 de passage complémentaire de cette traverse 34. Ainsi, la partie centrale 18 est assemblée aux fuselages 16 par passage des traverses 34 dans les orifices 36. Par ailleurs, chaque aile 20 comporte, pour chaque traverse 34, un rail creux 38 de forme complémentaire de cette traverse 34, destiné à recevoir cette traverse 34. Ainsi, les ailes 20 sont assemblées aux fuselages 16 et à la partie centrale 18 par passage des traverses 34 dans les rails creux 38. Les traverses 34 et les rails creux 38 sont ensuite solidarisés entre eux, par exemple par vissage. Ainsi, il est aisé de remplacer les ailes 20, les fuselages 16 et/ou la partie centrale 18, afin d'adapter le véhicule aérien 10 à différentes charges 12, de dimensions et/ou de masses différentes. On notera qu'un véhicule d'expérimentation de largage aéroporté présente généralement des dimensions inférieures à celles d'un véhicule de largage d'un lanceur. Toutefois, un véhicule d'expérimentation selon l'invention est choisi pour présenter un comportement dynamique semblable à celui d'un véhicule de largage de lanceur. Ainsi, il est possible de transposer des analyses expérimentales recueillies par le véhicule d'expérimentation à des véhicules aériens de plus grandes dimensions prévus pour le largage de lanceurs. On notera que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits, mais pourrait présenter diverses variantes sans sortie du cadre des revendications. Par exemple, le véhicule aérien 10 pourrait être un véhicule de largage aéroporté d'un lanceur, auquel cas la charge 12 est un lanceur. Un tel véhicule aérien 10 présente de préférence des dimensions supérieures à celles du véhicule aérien d'expérimentation décrit ci-dessus. REVENDICATIONS1. Véhicule aérien (10) pour lancement aéroporté d'une charge, du type comportant des moyens (14) de support et de largage d'une charge (12), caractérisé en ce qu'il comporte deux fuselages (16) portant chacun un élément d'empennage (30), les élément d'empennage (30) étant agencés divergeant l'un par rapport à l'autre de façon à former ensemble un empennage en V, et une voilure (21) comprenant : - une partie centrale (18), agencée entre les deux fuselages (16), portant les moyens de support et de largage (14), et - deux ailes latérales (20), s'étendant chacune depuis un fuselage (16) respectif. 2. Véhicule aérien (10) selon la revendication 1, dans lequel la partie centrale (18) présente une section transversale en forme de V, les moyens (14) de support et de largage étant agencés entre les branches du V. 3. Véhicule aérien (10) selon la revendication 1, dans lequel la partie centrale (18) présente une section transversale en forme de V inversé, les moyens (14) de support et de largage étant agencés entre les branches du V. 4. Véhicule aérien (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant des moyens de mesure des conditions de vol, par exemple destinés à mesurer la position, la vitesse, l'accélération du centre d'inertie du véhicule aérien et ses accélérations, vitesses et positions angulaires suivant trois axes perpendiculaires passant par son centre de gravité. 5. Véhicule aérien (10) selon la revendication 4, dans lequel chaque fuselage (16) comporte des moyens (22) de gestion de vol, reliés aux moyens de mesure, permettant le pilotage automatique et/ou à distance du véhicule aérien (10). 6. Véhicule aérien (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (14) de support et de largage sont agencés de sorte que le centre de gravité de la charge (12) coïncide sensiblement avec le centre de gravité du véhicule (10). 7. Véhicule aérien (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque fuselage (16) comporte un organe (28) de support d'un moteur (24), l'organe (28) de support de chaque moteur (24) étant incliné vers l'organe de support (28) de l'autre moteur, de sorte que la distance entre les moteurs (24) est inférieure à la distance entre les fuselages (16) correspondants. 8. Véhicule aérien selon la revendication 7, dans lequel chaque fuselage (16) comporte au moins un réservoir de carburant (26) destiné à alimenter le moteur (24) porté par ce fuselage (16). 9. Véhicule aérien (10) selon la revendication 8, dans lequel les réservoirs de carburant (26) présentent ensemble un centre d'inertie coïncidant sensiblement avec le centre d'inertie du véhicule aérien (10). 10. Véhicule aérien (10) selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel au moins un moteur (24) est un turboréacteur (24). 11. Véhicule aérien (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens (32) de fixation amovibles de la partie centrale (18), des fuselages (16) et des ailes (20) entre eux. 12. Véhicule aérien (10) selon la revendication 11, dans lequel les moyens de fixation amovibles (32) comportent : - au moins une traverse de fixation (34), portée par la partie centrale (18) et prolongeant latéralement cette partie centrale (18) de chaque côté, - pour chaque traverse (34), un orifice complémentaire (36) de passage de cette traverse (34) ménagé sur chacun des fuselage (16), et - pour chaque traverse (34), un rail creux (38) de forme complémentaire de cette traverse (34), destiné à recevoir cette traverse 34, agencé sur chaque aile (20). 13. Véhicule aérien (10) selon la revendication 11 ou 12, dans lequel la paire d'ailes (20) est choisie dans un jeu d'au moins deux paires d'ailes de dimensions différentes.20