Brevet FR3048958A1 — publié le 20170922

L'invention concerne les appareils motorisés volants pilotés à distance, ci-après désignés généralement sous la dénomination de "drones". L'invention s'applique avantageusement aux drones à voilure fixe, no- tamment de type "aile volante" tel que par exemple le modèle eBee de SenseFly, Cheseaux-Lausanne, Suisse, qui est un drone de cartographie professionnelle de terrain équipé d'une caméra à visée verticale, utilisé notamment en agronomie pour le suivi des cultures agricoles. L'invention peut s'appliquer également à d'autres types de drones, par exemple les drones à voilure tournante tels que les quadricoptères, dont un exemple typique est le Bebop de Parrot SA, Paris, France, qui est un drone équipé de deux caméras frontale et verticale. Ces drones disposent d'un très grand nombre de fonctionnalités et mettent en oeuvre une multiplicité de capteurs et de boucles d'asservissement pour leur pilotage et le contrôle de leur trajectoire en vol. Cette complexité doit toutefois être la moins apparente possible pour l'utilisateur, afin que celui-ci puisse principalement se concentrer sur son plan de vol sans se soucier des automatismes gérés en interne par le drone. La simplicité de la mise en oeuvre du drone est donc une caractéristique particulièrement importante à prendre en compte lors de la conception d'un drone et de la définition de son ergonomie vis-à-vis de l'utilisateur. D'autre part, tout particulièrement pour les drones de type aile volante qui peuvent évoluer à des vitesses élevées (typiquement jusqu'à 80 km/h), le facteur aérodynamique est une autre caractéristique importante, et il convient de réduire le plus possible la tramée introduite par les éléments de superstructure rapportés sans rôle aérodynamique tels que capteurs ex- ternes, boutons de commande, accessoires, etc. D'autres contraintes importantes sont également à prendre en compte, telles que notamment la masse du drone (dont il faut alléger le plus possible les éléments qui le constituent) et sa robustesse (les risques de chocs et chutes sont élevés, avec des conséquences d'autant plus impor- tantes que la vitesse du drone est élevée). On notera à cet égard que faible masse et robustesse élevée sont généralement des impératifs contradictoires, qui impliquent souvent des choix de conception restreints. Le but de la présente invention est de proposer un élément de superstruc- ture permettant de répondre au mieux à ces divers impératifs, par une in- 3048958 2 tégration poussée de diverses fonctions, avec une ergonomie simplifiée pour l'utilisateur, une robustesse maximale à l'encontre des chocs et chutes, et une incidence minimale sur les performances aérodynamiques du drone. 5 L'invention propose à cet effet un élément de superstructure pour un drone volant, comprenant de manière en elle-même connue une pièce tubulaire aplatie apte à être montée de manière saillante sur un module configuré dans le fuselage du drone. De façon caractéristique de l'invention, la pièce tubulaire comprend une 10 extrémité proximale comprenant des moyens de montage sur le module, une extrémité distale libre avec une prise d'air frontale de pression dynamique de sonde de Pitot, et un conduit interne en communication de fluide avec la prise d'air frontale, ce conduit ayant un orifice formé sur l'extrémité proximale et apte à être relié à un capteur de pression monté dans le mo- 15 dule. La pièce tubulaire est mobile par rapport au fuselage entre deux po- sitions prédéterminées, et comporte à son extrémité proximale des moyens de couplage mécanique à un contacteur monté dans le module, ces moyens de couplage étant aptes à activer le contacteur entre deux états différents correspondant auxdites deux positions respectives. La 20 pièce tubulaire comprend également un guide de lumière en communica- tion lumineuse avec un organe luminescent monté au voisinage ou au niveau de l'extrémité proximale de la pièce tubulaire. Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses : - la pièce tubulaire est une pièce mobile en translation verticale entre 25 lesdites deux positions prédéterminées suivant une direction normale au fuselage dans la région de l'extrémité proximale ; - la pièce tubulaire est une pièce au moins partiellement en un matériau (54) translucide ou transparent formant ledit guide de lumière ; - la pièce tubulaire comprend deux parties emboitées de manière sépa- 30 rable dans le prolongement l'une de l'autre, avec une partie de base liée de façon permanente au module et portant lesdits moyens de couplage mécanique au contacteur, et une partie saillante amovible surmontant la partie de base et comportant la prise d'air frontale et le conduit interne ; 3048958 3 - la partie de base et la partie saillante coopèrent par emboitement avec un ajustement fonctionnel autorisant leur dissociation mutuelle en cas de contrainte extérieure excessive subie par la partie saillante ; - la partie de base s'étend partiellement à l'intérieur du module et partiel- 5 lement à l'extérieur du module, et la partie saillante s'étend totalement à l'extérieur du module, la partie de base pouvant s'étendre totalement à l'intérieur du fuselage ; - la partie de base comprend un support pour ledit organe luminescent, la partie saillante pouvant être une partie en matériau translucide ou 10 transparent formant ledit guide de lumière, différent du matériau for- mant la partie de base ; - ledit orifice du conduit interne débouche de la pièce tubulaire vers le volume intérieur du module au niveau de la liaison de la partie saillante à la partie de base. 15 0 On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnelle- 20 ment semblables. La Figure 1 est une vue d'ensemble montrant un drone à voilure fixe de type aile volante, évoluant dans les airs sous le contrôle d'un équipement de télécommande distant. La Figure 2 est une vue perspective de la partie avant du drone, montrant 25 la partie émergente de l'élément de superstructure de l'invention. La Figure 3 est une vue perspective montrant, extrait du fuselage du drone, le module interne du drone avec l'élément de superstructure de l'invention. La Figure 4 est une vue en élévation latérale de l'élément de superstruc- 30 ture de l'invention, pris isolément. La Figure 5 est une vue en coupe latérale de l'élément de superstructure de l'invention, en situation avec les différents éléments de la partie avant du module interne du drone où est monté cet élément de superstructure. 3048958 4 On va maintenant décrire un exemple de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention. Sur la Figure 1, on a illustré un drone 10, par exemple un drone à voilure 5 fixe tel que le eBee de SenseFly. Ce drone 10 comprend un fuselage 12 muni en partie arrière d'une hélice de propulsion 14 et latéralement de deux ailes 16, ces ailes pouvant éventuellement faire corps avec le fuselage 12 dans une configuration de type "aile volante". Une caméra frontale 18 permet d'obtenir une image de la 10 scène vers laquelle progresse le drone. Le drone 10 est piloté par un appareil de télécommande distant 20 pourvu d'un écran tactile affichant l'image captée par la caméra 18 ainsi que diverses commandes de pilotage à disposition de l'utilisateur. L'appareil de télécommande 20 est pourvu de moyens de liaison radio avec le drone, 15 par exemple du type réseau local WiFi (IEEE 802.11) pour l'échange bidi- rectionnel de données, du drone 10 vers l'appareil 20 notamment pour la transmission de l'image captée par la caméra 18, et de l'appareil 20 vers le drone 10 pour l'envoi de commandes de pilotage. Comme illustré Figure 2, le drone 10 comporte en partie avant un élément 20 de superstructure 22 faisant saillie en direction radiale perpendiculaire- ment au fuselage 12. Cet élément de superstructure 22 se présente extérieurement sous la forme d'une pièce tubulaire aplatie s'étendant approximativement dans un plan longitudinal médian du fuselage, en présentant le côté le plus étroit face à la direction de progression du drone de 25 manière à introduire une tramée la plus faible possible. La Figure 3 illustre le module électronique principal 24 du drone, extrait du fuselage dans lequel il est logé et qui joue pour ce module le rôle d'enveloppe de protection. L'élément de superstructure 22 s'étend à partir du module 24, dont il cons- 30 titue un prolongement. Lorsque le module 24 est enfermé dans le fuse- lage 12, seule la partie supérieure de l'élément 22 fait saillie au travers d'une ouverture 25 du fuselage (Figure 2), la partie inférieure de l'élément 22 et la totalité du module 24 restant enfermés dans le fuselage et protégés par celui-ci. 3048958 5 Les Figures 4 et 5 montrent plus en détail la structure de l'élément de superstructure 22, isolément (Figure 4) et avec les différents éléments de la partie avant du module 24 où est monté cet élément 22 (Figure 5). L'élément de superstructure 22 comprend une extrémité proximale 26, du 5 côté du module, et une extrémité distale 28, libre, correspondant à la par- tie émergente s'étendant en saillie au-dessus du fuselage du drone. Très avantageusement, l'élément 22 est formé de deux parties emboitées dans le prolongement l'une de l'autre, avec une partie de base 22a, côté proximal, reliée au module 24, et une partie saillante amovible 22b, côté distal, 10 surmontant la partie de base 22a. Ces deux parties 22a et 22b s'étendent de part et d'autre d'un plan P et sont emboitées ensemble avec un ajustement fonctionnel autorisant leur dissociation mutuelle en cas de contrainte extérieure excessive subie par la partie saillante 22. Par exemple, en cas de choc subi par le drone, la partie 22, qui fait saillie hors du fuse- 15 lage, pourra être éjectée et remplacée si elle est endommagée, tandis que la partie de base 22a, située à l'intérieur du fuselage, restera en place avec le module 24, qui ne sera de ce fait pas endommagé par le choc. La partie de base 22a est montée dans le module 24 dans un orifice de guidage 30 autorisant un déplacement en translation verticale suivant une 20 direction perpendiculaire au fuselage, par exemple sous l'effet d'un appui (flèche 32) exercé sur l'extrémité distale 28 par un utilisateur (la direction "verticale" étant entendue avec la représentation des Figures 4 et 5, c'est-à-dire dans un plan radial par rapport à l'axe principal du drone et du module 24). 25 La partie de base 22a est munie en partie inférieure d'un élément formant poussoir 34 venant en appui sur un levier articulé 36 dont l'extrémité sollicite un contacteur électrique 38 monté sur la carte de circuit imprimé 40 du module 24. Un appui (flèche 32) sur l'extrémité distale de l'élément de superstructure 22 aura ainsi pour effet d'actionner le contacteur 38, et le 30 relâchement de cet appui, le retour du contacteur 38 à sa position de re- pos initiale. Des moyens élastiques de rappel (non représentés) sont prévus pour solliciter vers le haut l'élément de superstructure 22 dans l'orifice de guidage 30 et permettre l'actionnement du contacteur 40, qui est de type fugitif, seulement pendant la durée de l'appui sur l'extrémité de l'élé- 35 ment de superstructure 22. 3048958 6 La partie saillante 22b comprend un conduit interne 42 s'étendant sur sa longueur et débouchant, côté distal, par une prise d'air frontale 44 et, côté proximal, par un débouché 46. La prise d'air frontale 44 est orientée face à la direction de progression du 5 drone. Elle est située dans la partie de l'élément de superstructure 22 qui émerge du fuselage, et dans une région de l'extrémité distale 28 qui lui permet de se situer à distance de la surface du fuselage, comme on peut le voir notamment sur la Figure 2. La prise d'air frontale 44 est une prise d'air de pression dynamique de 10 sonde de Pitot. La pression recueillie au niveau de la prise 44 est trans- mise par le conduit interne 42 jusqu'au débouché 46 puis, par une liaison souple 48, à un capteur de pression monté sur la carte de circuit imprimé 40, où est par ailleurs monté un autre capteur pour la mesure de la pression statique, le différentiel entre pression statique et pression dynamique 15 permettant d'obtenir une mesure de la vitesse du drone par rapport à l'air (vent relatif). On notera que pour éviter les erreurs de mesure liées aux vibrations en vol, il est souhaitable de limiter la mobilité de l'élément de superstructure 22, qui porte la prise d'air de la sonde de Pitot. La partie saillante 22b de l'élément de superstructure 22 comporte par ail- 20 leurs une cavité 50 du côté où elle est emboitée sur la partie de base 22a. Cette cavité 50 loge la tête d'une diode électroluminescente 52 dont la base est montée et supportée par la partie de base 22a. Le matériau 54 de la partie saillante 22b est un matériau transparent ou translucide, par exemple un polycarbonate, permettant à cette partie saillante 22b de jouer 25 le rôle d'un guide de lumière pour l'élément de superstructure 22, l'activa- tion de la diode 52 venant illuminer la partie saillante 22b et notamment sa partie qui en émerge du fuselage, tandis que la diode 52 reste logée à l'intérieur du fuselage où elle s'y trouve protégée. L'élément de superstructure dont on vient de décrire l'agencement permet 30 de combiner plusieurs fonctions de manière avantageuse, tant pour l'utili- sateur qu'au niveau de la conception du drone. En premier lieu, il permet de mettre en oeuvre le drone par actionnement de la partie saillante 22b, sans qu'il soit nécessaire de retourner le drone pour actionner un commutateur, ni d'ouvrir une trappe, etc., comme cela 3048958 7 est le cas avec les drones actuels de type aile volante de l'état de la technique. La mise en route du drone de l'invention se fait par appui (flèche 32) sur l'extrémité libre de l'élément de superstructure 22, ce qui a pour effet d'ac- 5 tionner le contacteur 38. Cette manoeuvre entraine l'envoi au processeur du module 24 d'un signal qui déclenchera le réveil des circuits, la mise sous tension de l'alimentation de puissance, etc. et la vérification que toutes les conditions sont remplies pour le lancement en vol. De même, après l'atterrissage, il suffit à l'utilisateur d'appuyer à nouveau sur l'extré- 10 mité libre de l'élément de superstructure 22 pour générer une interruption qui, transmise au processeur, commandera l'extinction des circuits après que le processeur aura vérifié qu'il s'agit bien là de l'action à déclencher (altitude et vitesse nulles, etc.) - a contrario, si l'élément 22 est sollicité en vol par exemple après avoir touché un arbre, il s'agit là d'un actionnement 15 inopiné qui doit être détecté (altitude et vitesse non nulles) et ne pas en- tramer d'arrêt immédiat du drone. La fonction de guide de lumière procure à l'utilisateur un retour visuel sur l'état du drone, par allumage/extinction de la diode électroluminescente 52 située à l'intérieur de ce fuselage mais visible depuis l'extérieur du fuse- 20 lage par le guide de lumière 54, le cas échéant avec utilisation de diffé- rentes couleurs en fonction des différents états possibles du drone (éteint, prêt à décoller, anomalie de fonctionnement, etc.). Enfin, la prise d'air frontale 44 disposée dans la région la plus distale de la partie émergente de l'élément de superstructure 22, à distance du fuse- 25 lage, assure une excellente captation de la pression dynamique, dans un flux laminaire qui n'est pas perturbé par les effets de turbulences et de couche limite présents à la surface du fuselage du drone. On soulignera que ces divers avantages sont obtenus avec un élément de superstructure qui ne présente qu'une faible tramée, qui est donc très peu 30 perturbateur, tout en étant d'une structure mécanique particulièrement ro- buste et légère. L'élément de superstructure 22 permet au module 24, qui reste enfermé dans la structure mécanique du fuselage et protégé par celle-ci, d'avoir accès au monde extérieur pour trois fonctions principales, à savoir i) l'al- 35 lumage/extinction des circuits du drone, ii) la délivrance d'une information 3048958 8 visuelle à l'utilisateur sur l'état du drone, et iii) la mise à disposition d'une prise d'air de pression dynamique de sonde de Pitot afin de mesurer la vitesse air du drone lorsque celui-ci est en mouvement. L'élément de superstructure 22 selon l'invention permet ces interactions 5 du module 24 avec le monde extérieur sans que l'utilisateur n'ait à mani- puler le module électronique, qui reste soigneusement confiné et protégé dans la structure mécanique du drone, tout en rendant accessibles ces trois fonctions depuis l'extérieur du drone, et ceci par une seule et même pièce apparente à l'extérieur du drone. 10 Enfin, le caractère séparable de la partie saillante 22b d'avec la partie de base 22a montée sur le module 24 fait en sorte que, même en cas de choc violent, les éléments les plus fragiles restent protégés. Ces éléments sont : la diode électroluminescente 52, la liaison 48 entre le conduit interne communiquant avec la prise d'air frontale 44 et le capteur de pres- 15 sion monté sur la carte de circuit imprimé 40, le système de support mo- bile et de guidage de la partie de base 22a dans l'orifice 30, ainsi que le système de manoeuvre du contacteur 38. Ces éléments sont tous reliés directement ou indirectement à la partie de base 22a mais pas à la partie saillante amovible 22b, et ils restent par ailleurs tous situés à l'intérieur du 20 fuselage 12 où ils s'y trouvent protégés. En cas de choc, seul sera éjectée ou brisée la partie saillante 22b, qui n'est qu'une pièce moulée monobloc aisément remplaçable, ne comportant aucun élément rapporté. REVENDICATIONS1. Un élément de superstructure pour un drone volant (10) comprenant un fuselage (12), cet élément de superstructure comprenant une pièce tubulaire aplatie (22) apte à être montée de manière saillante sur un module (24) configuré dans le fuselage du drone, caractérisé en ce que la pièce tubulaire (22) comprend : - une extrémité proximale (26) comprenant des moyens de montage sur le module ; - une extrémité distale libre (28) avec une prise d'air frontale de pression dynamique de sonde de Pitot (44) ; et - un conduit interne (42) en communication de fluide avec la prise d'air frontale (44), ce conduit ayant un orifice (46) formé sur l'extrémité proximale et apte à être relié à un capteur de pression monté dans le module, en ce que la pièce tubulaire (22) est une pièce mobile par rapport au fuse- , lage entre deux positions prédéterminées, la pièce tubulaire comportant à son extrémité proximale des moyens (34) de couplage mécanique à un contacteur (38) monté dans le module, les moyens de couplage étant aptes à activer le contacteur entre deux états différents correspondant auxdites deux positions respectives, et en ce que la pièce tubulaire (22) comprend également un guide de lumière (54) en communication lumineuse avec un organe luminescent (52) monté au voisinage ou au niveau de l'extrémité proximale de la pièce tubulaire. 2. L'élément de superstructure de la revendication 1, dans lequel la pièce tubulaire (22) est une pièce mobile en translation verticale (32) entre lesdites deux positions prédéterminées suivant une direction normale au fuselage dans la région de l'extrémité proximale. 3. L'élément de superstructure de la revendication 1, dans lequel la pièce tubulaire (22) est une pièce au moins partiellement en un matériau (54) translucide ou transparent formant ledit guide de lumière. 3048958 10 4. L'élément de superstructure de la revendication 1, dans lequel la pièce tubulaire (22) comprend deux parties (22a, 22b) emboitées de manière séparable dans le prolongement l'une de l'autre, avec : - une partie de base (22a) liée de façon permanente au module (24) et 5 portant lesdits moyens (34) de couplage mécanique au contacteur, et - une partie saillante amovible (22b) surmontant la partie de base et comportant la prise d'air frontale (44) et le conduit interne (42). 5. L'élément de superstructure de la revendication 4, dans lequel la partie 10 de base (22a) et la partie saillante (22b) coopèrent par emboitement avec un ajustement fonctionnel autorisant leur dissociation mutuelle en cas de contrainte extérieure excessive subie par la partie saillante (22b). 6. L'élément de superstructure de la revendication 4, dans lequel la partie 15 de base (22a) s'étend partiellement à l'intérieur du module (24) et partiel- lement à l'extérieur du module, et la partie saillante (22b) s'étend totalement à l'extérieur du module. 7. L'élément de superstructure de la revendication 6, dans lequel la partie 20 de base (22a) s'étend totalement à l'intérieur du fuselage (12). 8. L'élément de superstructure de la revendication 4, dans lequel la partie de base (22a) comprend un support pour ledit organe luminescent (52). 25 9. L'élément de superstructure de la revendication 8, dans lequel la partie saillante (22b) est une partie en un matériau (54) translucide ou transparent formant ledit guide de lumière, différent du matériau formant la partie de base (22a). 30 10. L'élément de superstructure de la revendication 4, dans lequel ledit orifice (46) du conduit interne (42) débouche de la pièce tubulaire (22) vers le volume intérieur du module (24) au niveau de la liaison de la partie saillante (22b) à la partie de base (22a).