Brevet FR3009712A1 — publié le 20150220

La présente invention relève du domaine des aéronefs à ailes tournantes, contrarotatives type rotor à pales dont à pas variable. Ces machines sont issues de concepts anciens. Dans 5 cette famille, il existe maintenant dans le domaine public, celui des voilures tournantes contrarotatives coaxiales, avec en particulier celui de deux rotors couronnes tournantes en sens inverse autour d'une nacelle Dans le cas des aéronefs à voilures tournantes les 10 protections des tiers ou des pales de l'aéronef contre le risques de contacts sont absentes ou parfois des protections plus ou moins rigides réagissant en compression sur des bras attachés au corps de la machine. Il a été utilisé Un carénage cylindrique étanche contenant avec 15 lui des rotors contrarotatifs coaxiaux et dont le bout des pales est presqu'au touché du cylindre ce permet de gagner une dizaine de pourcent de portance, mais en translation dans un air immobile, ou en translation contre le vent et dans les rafales pour tenir la position, dans les vents tourbillonnants près des 20 obstacles le combat pour la stabilité sera plus gourmand en énergie. WO 2006112578 AERONEF A DECOLLAGE ET ATTERRISSAGE VERTICAUX 2006-10-26 Un carénage formant un seul anneau avec en coupe une forme 25 circulaire sensiblement triangulaire en coupe pour que ce carénage contribue à la portance voir en translation d'en être l'élément porteur principal pose le problème d'avoir nécessité d'une solution en plus pour s'opposer au cabrage de l'aéronef vérifier par l'expérience de ce type de voilure. 30 USP 5150857 29 SEPT 2012 SHROUD GEOMETRY FOR UNMANED AERIAL VEHICULES Le principe de l'enveloppe ici conçue correspond à une des revendications du brevet français du 18 juin 2003 0307364. Il y est mentionné l'usage du principe de la roue de vélo où la jante 35 est associé aux cerclages et où contre une force appliquée au cerclage rigide c'est l'ensemble des rayons opposés qui maintient la masse principale centrale de l'aéronef et donc le calcul de la tenue en traction des rayons porte principalement sur ce point. L'auteur de ce brevet moi-même étant l'inventeur et déposant, a 5 créé une entreprise en 2004 pour le développement d'un système drone principalement à usages civiles Les missions données aux aéronefs à usage civil peuvent être classées en deux catégories, soit le survol loin de tous obstacles sauf au retour au sol parfois d'urgence, soit de vol 10 très près des obstacles des zones accidentées ou entre les immeubles des villes. Tout l'art est de concevoir ces aéronefs avec des capacités à pouvoir évoluer avec un usage efficace, rentable avec la sécurité des tiers optimum, près des obstacles, généralement entre les façades, les falaises, les cheminées, les 15 coques de navire, en montagne, partout où il y a des vents cisaillant voire retournant ou pas. Ceci est encore plus vrai pour des drones évoluant sous les 50 mètres et où les obstacles sont nombreux, variés, pas toujours détectables en évitement d'obstacles par les capteurs sonar, 20 radar, laser, image aucun d'eux couvrant le spectre de sécurité nécessaire à lui tout seul. D'où l'importante nécessité d'une enveloppe protectrice. Les recherches et développement ont portés sur de nombreux points dont cette enveloppe, en 2005 a été créée une des 25 représentations de ce principe. La solution apportée par deux anneaux rigides autour des rotors et perpendiculaires à l'axe des rotors, anneaux tenus par rapport à l'axe des rotors par des fils tendus à élasticité minimum reprend l'idée du rayonnage de roue de cycle par 30 exemple, où c'est l'ensemble des rayons opposés qui reprennent par tension l'effort subit par le cercle devant un choc. Les deux cercles concentriques à peu près en face de chaque bout de pales sont comme les deux bords d'une jante de roue de cycle. Les recherches ont conduit à des revendications complémentaires 35 objet du présent brevet. 3 3009712 Les missions données aux aéronefs à usage civil peuvent être classées en deux catégories ceux qui n'assurent raisonnablement que le survol et ceux capables aussi de vols plus difficiles fonction des capacités de ces aéronefs à pouvoir évoluer avec un usage rentable et efficace près des obstacles, généralement entre les façades, les falaises, les cheminées, les coques de navire, en montagne, partout où il y a des vents cisaillant voire retournant ou pas. Ceci est encore plus vrai pour des drones évoluant sous les 50 mètres et où les obstacles sont nombreux, variés, pas toujours détectables en évitement d'obstacles par les capteurs sonar, radar, laser, image aucun d'eux couvrant le spectre de sécurité nécessaire à lui tout seul. En infrarouge on peut détecter du sang chaud et éviter sauf en certains lieux très chaud ou avec trop d'humidité que le public ou animaux soient sous le cône de chute, c'est pourquoi la législation en France impose en avril 2012 que l'aéronef soit au global de moins de 4 kg et qu'il possède un système comme parachute limitant l'impact à moins de 69 joules. De plus cette réponse doit intégrer les impératifs de limite de poids vu les réglementations comme en France près du public (là où il a le plus de missions d'intérêt public à réaliser). A plus de 30 mètres de visibilité la perspective directe n'est plus garantie pour les êtres humains, c'est pourquoi les commandes de pilotage sont celles d'un déplacement en 3D et sur une distance choisie contrôlable sur carte tant que le GPS haute précision est actif, 80% des missions nécessitent cette option. Cette enveloppe doit être résistante à des chocs certes environ 5 m/s puisqu'il parait immobile vis-à-vis des objets dont il doit prendre l'information, même si l'aéronef pour tenir en place vole à 20m/s dans le vent entre des immeubles par exemple. Il est important, alors que l'aéronef soit certes bousculé, que les parties tournantes soient protégées et qu'il reste en vol en reprenant de suite sa stabilisation. De nombreux objets sont plus difficiles à détecter par capteur dont les câbles, les poteaux, les végétations, les volatiles et là encore cette enveloppe doit protéger l'aéronef mais aussi le public contre les éclats suite à destruction. Il a été conçu au centre de recherche des enveloppes souples et rigides. Des démonstrations ont été faites avec des modèles avec des bras vers les cerclages qui contrent en compression sur la nacelle centrale les forces externes sur l'enveloppe en attendant la suite des validations d'une solution optimale de l'enveloppe. Le système drone étudié constitue un système très complexe nécessitant de nombreuses validations pour l'équilibre le plus judicieux à partir de paramètres qui s'opposent et des technologies de pointe non dédiées aux drones puisque le marché n'existe pas encore vraiment au civil. Les recherches ont portées également sur la nature des matériaux de cette enveloppe robuste, de préférence en matériau non conducteur ou avec des cerclages joncs carbone en un ou plusieurs morceaux raccordés par des pièces de jonction en matériaux type nylon par exemple. La jonction peut tenir les fils tendus de maintien à la nacelle. La masse périphérique doit être la plus légère possible car l'aéronef soumis à une rafale ou un vent retournant doit avoir les masses le plus concentrées sur l'axe et qu'un poids à distance du centre de gravité constitue un moment à combattre en tangage roulis pour garder la stabilité requise de l'aéronef. Cette masse périphérique produit au système plus de stabilité au lacet ce qui est un atout pour mieux maitriser les commandes tangage roulis mais II doit être aussi recherché la plus grande pénétration dans l'air aussi le filet périphérique doit être très solide et très fin, il ne doit pas s'ouvrir suite à une blessure comme dans le tissé, il ne doit pas être du type tricoter car moins libre aux vents, de plus de préférence il doit être avec un minimum d'élasticité, les recherches conduisent à l'usage de filet du type noué comme pour les filet de pêche par exemple et en fibres composites. Une des créations idéales serait en fibre plus solide que le kevlar, montées en cordes ensimées qu'une machine à faire des filets de pêche pourrait monter en filet noué, le diamètre mini 5 3009712 est en 0.5 mn, il a été expérimenté des cordes de 0.7 mm de diamètre. Les recherches ont conduit à ce que les anneaux de l'enveloppe soient suffisamment distant de l'extrémité des pâles en rotation 5 pour que ne soient pas perturbées les vortex de bout de pâles surtout en translation, ce qui viendrait à diminuer et déséquilibrer la portance de l'aéronef, ils seront éloignés d'au moins une corde de pale du bout des pales et de préférence non alignés au plan du rotor. Les pales en rotation ont un angle de 10 liberté de déplacement verticale, aussi le positionnement des cerclages ne doit pas permettre aux pales de toucher les rayons lors de brusques réactions de retour à la stabilisation ou lors d'atterrissages par effet d'inertie(ici deux effets peuvent solutionner la question, un le déplacement de la pale peut être 15 limité par la dureté de l'amortisseur, deux on garde l'effet gyroscopique en gardant les pales en rotation et pour contrer l'effet de sol et de toute rafale inopinée le pas des pales serait légèrement négatif. Le phénomène dû aux vibrations des réactions de sol très destructrices sont de moindre importance 20 du fait de la compensation gyroscopique des rotors. Une représentation de cette enveloppe peut être constituée de deux anneaux rigides perpendiculaires à l'axe des rotors, chacun à l'extérieur du plan des rotors. Ces anneaux sont tenus par des rayons par rapport à l'axe des rotors ou par des pièces 25 déportant de cet axe la fixation des rayons. Ces rayons tendus forment un angle avec le plan de l'anneau correspondant. Les deux anneaux sont tenus entre eux par également des fils tendus. L'ensemble constituant une structure rigide dont les limites sont celle dues aux matériaux employés pour garder une légère 30 souplesse, et que l'enveloppe résiste aux chocs en absorbant une partie de l'énergie. Il est préférable pour la solidité de l'ensemble que les anneaux ne pivotent pas l'un par rapport à l'autre et que donc les fils qui les maintiennent entre eux soient croisés. 35 Ces fils en périphérie seraient avantageusement matérialisés par un filet type filet de pêche montés par exemple en maille d'environ 3 cm par 3 cm et dont les fils ne sont pas parallèles à l'axe des rotors mais inclinés de même façon par rapport à cet axe. Pour que l'ensemble ne fasse pas un cylindre autour des rotors, 5 au prix d'un peu plus de poids un troisième anneau d'un diamètre supérieur dans un plan sensiblement équidistant du plan de chaque anneau permettrait à l'aéronef à glisser sur un câble prendre moins d'énergie, sans prendre le risque d'être renversé. Les rayonnages haut et bas peuvent être renforcé ou remplacés 10 par les filets haut et bas Les cerclages au lieu d'être constitué d'un jonc de 5 mm de diamètre peuvent par exemple être constitués de trois joncs de diamètre plus petit en ayant au centre le blocage des noeuds du filet en ayant concentriquement les brins libre, le tout noyé 15 dans une résine appropriée ce qui simplifie la fabrication, ceci est plus esthétique, et moins cassant qu'un seul jonc. 20 25 30 35 REVENDICATIONS1 - Aéronefs à ailes tournantes, plus particulièrement les aéronefs à voilures tournantes axiales contrarotatives à pales à pas variable, caractérisés en ce que l'ensemble de l'aéronef sois habillé d'une enveloppe dont les structures périphériques composites sont maintenues dans tous les sens par rapport à la nacelle centrale (axe 6 de figure 1 /2 et 6 de figure 2/2)ou est la masse principale de l'aéronef par un système fait de rayons (2 de fig 1 /2 et 2 de fig 2/2) agencés pour maitriser la masse principal au centre de l'enveloppe, ces rayons travaillant principalement en traction sur chocs extérieurs venant sur le côté opposé de l'enveloppe, 2 - Caractérisé en ce que selon la revendication une cette enveloppe soit constituée par exemple de deux cerclages (8 de fig 1 /2 et 8 de fig 2/2) concentriques équidistants des pales en rotation, que ces cercles soient maintenus centrés par rapport à l'axe de l'aéronef par le dispositif de rayonnage et maintenus entre eux par un système à tension (3 de fig 1 /2 et 3 de fig 2/2). 3 - Caractérisé selon la revendication deux en ce que le système de tension entre les deux cercles soient un filet( 3 de fig 2/2) de très peu extensible à maille de préférence à noeuds et que ce filet participe à la solidité de l'ensemble. 4 - caractérisé selon revendication trois en ce que ce filet 25 soit monté avec mailles en diagonale ( 3 de fig 2/2)et solidement maintenu aux cerclages (8 et 9 fig k). 5 - caractérisé selon revendication deux en ce que ce filet soit à mailles suffisamment petites pour contrôler toute intrusion dans l'espace centrale et suffisamment grandes pour un meilleur 30 Cx facilitant par exemple au plus les pénétrations de l'air lors des vols en déplacement 2 3009712 6 - caractérisé selon revendication trois en ce que ce filet soit en composite à partir de fibre aramide montée en cordes essimées ou non. 7 - caractérisée selon revendication deux pour qu'un troisième 5 cerclage 9 de fig 1 /2) de plus grand diamètre, entre et parallèle au plan des deux autres cerclages, écarte le filet suffisamment pour créer l'effet d'esquive du choc frontal en cas de rencontre d'un obstacle. 8 - caractérisée selon revendication deux avec par exemple un 10 cerclage fait de plusieurs joncs (4 et 5 de figl /2) de diamètre inférieur bloquants les noeuds des bouts de filet accrochés. 9 - revendication selon revendication huit avec les noeuds bloqués au centre de trois joncs soient esthétiquement cachés. 10 - revendication selon revendication neuf où les brins 15 extérieurs des noeuds sont noyés dans la résine d'assemblage au centre des joncs 10 - caractérisée selon la revendication trois en ce que l'ensemble constitue une protection périphérique accrochées sur le cercle (1 de fig 1 /2 et 1 de fig 2/2) tenu par des bras (7 20 de fig 1 /2 et 7 de fig 2/2) suffisamment éloignée des pales ou hélice pour éviter tout contact par une rigidité globale suffisante et contondante suffisamment souple pour absorber une part de l'énergie de tout impact et diminuée son effet d'impact au cm2 11 - caractérisée selon revendication deux en ce que les cerclages soient positionnés à l'extérieur du plan des rotors et à une distance d'au moins une corde du bout des pales. 12 - caractérisée selon revendication deux en ce que les rayons qui fixent chaque cerclage aient un angle par rapport au plan 30 des cerclages en liaison avec le débattement vertical possible des pales limités par les amortisseurs combinés avec la limitation dues à la vitesse des rotors au sol, avec pas négatifet sur un temps ne permettant pas l'apparition des vibrations de réaction de sol.