Brevet FR3041931A1 — publié le 20170407

CHÂSSIS DE DRONE ET DRONE L'invention concerne un châssis de drone et un drone équipé d'un tel châssis. De manière générale, les drones sont équipés d'une charge utile composée d'une batterie, de l'électronique de commande du drone et de divers dispositifs optiques de prise de vue. La charge a un poids conséquent de sorte que le châssis, généralement réalisé en matériau plastique ou en carbone, doit être renforcé par des nervures afin de rester rigide malgré le poids de la charge et afin de supporter une pluralité de groupes propulsifs (on parle de drone multicoptère) destinés à mouvoir le drone en vol. Le poids de la charge et du châssis renforcé impose de choisir des groupes propulsifs puissants ce qui diminue la durée de vie de la batterie. Augmenter la capacité de la batterie n'est pas une solution envisageable car cela augmenterait logiquement le poids du drone. Un des objectifs de la présente invention vise une amélioration d'un châssis de drone. A cet effet, l'invention concerne un châssis pour drone destiné à porter une charge et une pluralité de groupes propulsifs, le châssis étant réalisé dans un matériau composite de type sandwich comprenant deux peaux parallèles entre elles et jointes entre elles par des parois disposées de façon à former des cellules alvéolaires logées entre lesdites deux peaux. L'invention concerne également un drone équipé d'un tel châssis. Le châssis selon l'invention répond au besoin susmentionné puisque l'utilisation d'un matériau composite de type sandwich lui confère un faible poids et une rigidité importante. Un drone équipé d'un tel châssis, plus léger que les drones selon l'art antérieur mais apte à porter une charge identique, peut donc être maintenu en vol plus longtemps. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un drone selon un mode de réalisation de l'invention, le châssis du drone en forme de H portant une charge ainsi que des groupes propulsifs; - la figure 2 représente une vue en coupe du châssis du drone de la figure 1; et 3041931 2 - la figure 3 est une vue schématique du drone selon un autre mode de réalisation de l'invention, le drone comprenant un châssis en forme de H avec deux bras fixés de part et d'autre d'une poutre centrale. En référence avec la figure 1, un drone multicoptère 1 comprend un châssis 2 ayant une 5 forme de H et portant une charge 4 et des groupes propulsifs 6 fixés au châssis, par exemple par collage ou par boulonnage, avec un groupe propulsif fixé à chaque extrémité du H. De manière connue, chaque groupe propulsif 6 comprend un moteur 7a entrainant une hélice 7b mobile dans un plan sensiblement parallèle au châssis 2. 10 Selon l'invention et en référence avec la figure 2, le châssis 2 est réalisé dans un matériau composite du type sandwich. Ce matériau comprend deux peaux 22 parallèles entre elles et jointes entre elles par une âme 20 alvéolaire formée d'une pluralité de parois 24 où chaque paroi est fixée aux deux peaux 22. Les parois 24 sont disposées de sorte que l'âme présente une pluralité de cellules 21 avec un motif régulier, par exemple de type nid d'abeille. Chaque peau 22, 15 fixée aux parois 24 par collage, est réalisée en matériau composite, par exemple en carbone- époxyde, kevlar-époxyde ou bore-époxy, ou en matériau métallique, par exemple en aluminium ,tandis que les parois sont en matériau métallique comme par exemple l'aluminium, ou en matériau composite comme par exemple du type de ceux à base de fibres aramides, ou en fibre de verre, ou encore en matériaux végétaux comme des fibres naturelles. De préférence, 20 l'âme 20 présente un taux de vide de l'ordre de 95%. Les bords 23 du châssis 2 sont obstrués par l'application d'une résine 23a chargée d'un composant à faible densité, par exemple une résine époxy chargée de microballons durcissant à froid (ou à chaud), ou encore un adhésif époxyde durcissant à froid (ou à chaud) afin de colmater 25 les cellules 21. Cette opération, en sus d'étanchéifier le châssis, permet d'en augmenter sensiblement la rigidité, notamment en torsion, et ainsi d'augmenter la rigidité du châssis 2 dans son ensemble. Selon un mode de réalisation, le châssis 2 comprend en outre des zones, dites zones de renfort 15,16 ou l'âme 20 est densifiée localement. Une zone de renfort 15,16, dont la position est déterminée expérimentalement, est une zone où s'exercent des forces susceptibles de détériorer le châssis 2 et où ce dernier doit par conséquent être renforcé. 3041931 3 Par exemple, les zones de renforts sont : - des zones 15 où sont fixées les différents éléments de la charge 4 ; et - des zones 16 situées à chacune des extrémités du châssis 2 où est fixé un groupe propulsif 6. En effet, à cet endroit, des forces s'exerçant sur le châssis 2 sont induites par le fonctionnement du groupe propulsif 6 lorsque ce dernier est mis en marche, notamment lorsque le groupe propulsif 6 est fixé par boulonnage direct au travers du matériau sandwich. Le renfort du châssis 2 s'effectue par injection de matière au niveau de la zone de renfort 15,16 afin de remplir les cellules 21 de l'âme 20 de cette zone. Un tel renfort améliore la 10 résistance en compression et en cisaillement/matage du châssis 2. La matière injectée est par exemple un matériau similaire à celui utilisé pour colmater les bords 23 du châssis 2 Dans le cas où la matière utilisée a une viscosité trop importante (matière pâteuse) pour être injectée dans les cellules 21, les cellules sont retirées (par usinage ou découpe) afin de former un volume qui est ensuite rempli par la matière. 15 Avantageusement, dans le cas où un groupe propulsif 6 est boulonné au châssis 2, outre l'injection de matière au niveau de la zone de renfort 16 afin de renforcer localement le châssis 2, un élément de rigidification dans lequel passe un boulon destiné, par exemple, à fixer le groupe propulsif 6 au châssis 2 peut être fixé à ce dernier. Un tel élément de rigidification est par exemple une entretoise insérée dans un évidement traversant le châssis ou un insert noyé dans le 20 châssis 2 et qui est fixée au châssis via, par exemple, une, résine époxy. Un drone 1 tel que décrit en, relation avec la figure 1, est dimensionné pour faire tourner des hélices 7b de 304.8 mm/330.2 mm de diamètre et pour porter une charge 4 entre 2 et 2.5 kg en vol (charge utile comprise), a un châssis pesant 150 g. Par conséquent, le drone 1 selon l'invention répond au besoin susmentionné puisque son 25 châssis 2 a un faible poids qui lui est conféré par l'utilisation d'un matériau composite du type sandwich comprenant une âme alvéolaire. Un tel matériau confère en outre une rigidité importante au châssis, du fait de l'association peaux 22 et âme 20. En outre, le colmatage des bords du châssis et éventuellement la présence de zones de renfort 15-16 permettent de rigidifier le châssis 2 sans trop l'alourdir. 30 Selon un autre mode de réalisation de l'invention et en référence avec la figure 3, le châssis 200 du drone 100 a une forme de H et est formé de trois pièces. Les trois pièces consistent en deux bras 500 identiques et en une poutre centrale 300, tous étant de formes parallélépipédiques. Chaque bras 500 est fixé en son milieu par 3041931 4 encastrement et collage à un bord de la poutre centrale 300 perpendiculairement à l'axe longitudinal X de cette dernière. La poutre centrale 300 porte une charge 4 tandis que les deux bras 500 portent quatre groupes propulsifs 6 du drone, chacun desdits groupes étant fixé à une extrémité d'un bras 500 sur un bord 230 de ce dernier s'étendant selon son axe longitudinal X1. 5 Afin de réaliser l'encastrement, la poutre centrale 300 comprend une extension 310 à chacune de ses extrémités selon sa direction longitudinale. Chaque extension 310 est destinée à être reçue dans une fente 510 de forme complémentaire à celle de l'extension et qui est arrangée dans l'épaisseur du bras 500 selon un axe perpendiculaire au plan des peaux 220 dudit bras. Ainsi, une peau 220 de chaque bras 500 est en contact avec un bord de la poutre centrale 300. 10 Comme décrit précédemment, des zones du châssis 200 qui forment des zones de renforts sont de préférence remplies de matière afin d'augmenter localement la densité du châssis 2. Il s'agit par exemple d'une zone 180, située à la fois au niveau de la poutre centrale 300 et de chaque bras 500, au niveau de la zone d'encastrement de la poutre centrale 300 et dudit 15 bras 500. Les groupes propulsifs 6 étant disposés sur le bord 230 des bras 500 sur lesquels ils sont fixés, la surface du bras 500 exposée au souffle d'hélice 7b d'un groupe propulsif 6 est ainsi minimale augmentant de ce fait le rendement de propulsion des hélices 7b par diminution des pertes. Une faible épaisseur relative des panneaux utilisés se prête par ailleurs parfaitement au 20 profilage des bras 500 améliorant encore le rendement de propulsion. Dans les exemples décrits en relation avec les figures 1 et 3, le drone 1,100 est équipé de quatre groupes propulsifs 6. L'invention n'est en rien restreinte à ce nombre et la description ci-dessus est applicable à tout drone 1,100 comprenant au moins trois groupes propulsifs 6 de sorte 25 à assurer au drone une stabilité en vol suffisante. De même, le châssis de drone selon l'invention pourra par exemple comprendre une poutre centrale et une pluralité de bras fixés à la poutre centrale. Les différents éléments du châssis 2 sont par exemple fixés par encastrement, comme décrit plus haut, ou par boulonnage pour permettre le remplacement d'éléments du châssis ou pour rendre le drone démontable pour 30 le transport par exemple. En outre, l'invention qui vise un châssis 2 de drone n'est en rien restreinte à un châssis en forme de H qui n'a été décrit qu'à titre d'exemple. Le châssis de drone selon l'invention pourra 3041931 5 ainsi avoir une forme différente du H, qu'il soit monobloc ou bien constitué par une poutre centrale avec au moins deux bras. L'invention a été décrite en considérant que les bords 23 du châssis 2 sont obstrués par l'application d'une résine 23a chargée d'un composant à faible densité. Une autre solution 5 avantageuse consisterait à coller un profilé rigide en matériau composite ou métallique sur les bords 23. Un tel profilé a avantageusement une section en U avec une paroi mince de sorte à "coiffer" les bords du panneau de type sandwich, contribuant de ce fait à l'aérodynamique du drone. 10 REVENDICATIONS1) Châssis (2,200) pour drone (1,100), caractérisé en ce que le châssis est réalisé dans un matériau composite de type sandwich comprenant deux peaux (22) parallèles entre elles et jointes entre elles par des parois (24) disposées de façon à former des cellules alvéolaires (21) logées entre lesdites deux peaux (22). 2) Châssis (2,200) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le châssis (2,200) comprend au moins une zone (15,16,180), dite zone de renfort, où la densité du châssis (2,200) est augmentée localement par injection de matière dans des cellules (21) du matériau composite. 3) Châssis (2,200) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cellules (21) sont remplies par une résine époxy chargée de microballons ou par un adhésif époxyde. 4) Châssis (2,200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le 15 châssis comprend des bords (23), lesdits bords étant obstrués afin de colmater des cellules (21) du matériau composite. 5) Châssis (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le châssis (200) comprend une poutre centrale (300) et au moins deux bras (500) et 20 présente une forme de H. 6) Châssis (2,200) selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque bras (500) est fixé en son milieu à la poutre centrale (300), perpendiculairement à cette dernière. 25 7) Châssis selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que chaque bras (500) est fixé à la poutre (300) via un assemblage par encastrement. 8) Drone (1,100) comprenant une charge (4) et une pluralité de groupes propulsifs (6), caractérisé en ce que le drone comprend un châssis (200) selon l'une quelconque des 30 revendications 5 à 7, dans lequel chaque bras (500) comprend un bord (230) s'étendant selon un axe longitudinal (X1) du bras , chaque groupe propulsif (6) est fixé sur ledit bord. 10