Brevet FR3037566A1 — publié le 20161223

-1- Les treuils enrouleurs stationnaires sont couramment utilisés pour assurer le décollage d'aéronefs non motorisés. On peut citer quelques aéronefs ou appareils de type : parapente, aile delta ou planeur. Ces treuils peuvent aussi être utilisés pour des activités terrestres ou nautiques. Un treuil est composé d'un moteur actionnant un tambour enrouleur sur lequel s'enroule un câble long de 1200 mètres environ, voire plus pour certaines activités. Au bout du câble est accroché l'aéronef et le mouvement nécessaire au décollage est produit par l'enroulement du câble sur le tambour du treuil. Lorsque l'aéronef a atteint une altitude suffisante, le pilote désaccouple l'aéronef et le câble retombe au sol, freiné par un parachute. Les treuils couramment utilisés impliquent au minimum deux personnes communiquant entre-elles par radio, l'une au sol, nommée le treuilleur, commande les actions du treuil, l'autre, pilote l'appareil. Parfois une troisième personne expérimentée, restant au sol proche du pilote au moment du décollage, assure la surveillance des opérations et la communication avec le treuilleur. Le treuilleur est un intervenant essentiel qui assure la commande du treuil en veillant à ce que la force de tension du câble soit toujours adaptée aux différentes phases d'une « treuillée ». Une treuillée étant l'ensemble des opérations comprises entre deux enroulements complets du câble. Ces opérations sont les suivantes : - déroulement du câble entre le treuil et le point de départ de l'aéronef, - pré-tension du câble selon une première force de tension prédéterminée après accrochage à l'aéronef, - enroulement du câble selon une deuxième force de tension prédéterminée pendant la phase de décollage - enroulement du câble selon une troisième force de tension prédéterminée pendant la phase d'ascension - enroulement du câble selon une force de tension prédéterminée après largage du câble La présence de ressources humaines au sol est contraignante et limite l'activité d'un pilote expérimenté qui désirerait décoller seul quand les conditions météorologiques sont satisfaisantes. Pour pallier cet inconvénient, des treuils enrouleurs stationnaires télécommandés par le pilote ont été réalisés mais ceux-ci ne disposent pas de dispositif de protection et peuvent exécuter des actions dangereuses pour le pilote. On 3037566 - 2 - peut citer, par exemple, un démarrage intempestif de l'enroulement du câble ou encore une accélération brutale de l'enroulement du câble lors du décollage ou de l'ascension de l'aéronef. Le document de Jean-François HEME intitulé « Théorie et pratique du 5 treuil » décrit, entre-autres, de manière détaillée le fonctionnement d'un treuil fixe ou stationnaire. Les informations de ce document permettent de comprendre le fonctionnement d'un treuil stationnaire pour le décollage d'aéronefs non motorisés. Le but de l'invention est de réaliser un treuil télécommandé 10 comprenant des dispositifs de protection destinés au pilote et à l'aéronef. L'invention concerne un treuil enrouleur stationnaire télécommandé par une liaison sans fil pour faire décoller par treuillage un aéronef non motorisé, comportant : un câble de traction, un moteur fournissant 15 l'énergie mécanique nécessaire à l'enroulement dudit câble de traction, des moyens d'enroulement dudit câble, des moyens de réglage de la force de tension dudit câble, un dispositif de communication sans fil comportant au moins un récepteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de limitation de ladite force de tension dudit câble 20 et/ou des moyens de limitation de la vitesse d'accroissement de ladite tension dudit câble. D'autres caractéristiques de l'invention sont exposées ci-dessous dans la description. Le treuil de l'invention ne se limite pas au treuillage aérien car il pourra aussi être utilisé pour des activités de treuillage nautique ou 25 terrestre, par exemple ski nautique, wakeboard ou surf sur neige. La liaison sans fil comprend d'une part un dispositif de télécommande, comprenant un émetteur ou un émetteur-récepteur, porté par le pilote lui-même ou l'aéronef et d'autre part un dispositif récepteur ou émetteur-récepteur situé dans le treuil. La liaison sans fil étant de 30 préférence une liaison radio, mais sans exclure les autres types de liaison. La description de l'invention prend pour exemple, un ensemble de propulsion à moteur thermique pour moto scooter, auquel est accouplé un tambour pour enrouler le câble. Cet ensemble de propulsion comporte de 35 multiples avantages : c'est un matériel largement distribué, de faible encombrement, de faible poids qui comporte un embrayage centrifuge. Un embrayage centrifuge permet de délivrer un couple variable selon la vitesse de rotation du moteur d'entraînement, qui, lorsqu'il est couplé à un treuil, applique une force variable de tension du câble lors de 3037566 - 3 - l'enroulement. La force de tension obtenue est fonction des caractéristiques de l'embrayage et de la vitesse de rotation du moteur. La force de tension du câble est variable au cours de la treuillée et est aussi fonction de plusieurs paramètres tels que la finesse de 5 l'aéronef, le poids total volant et les capacités du pilote. L'utilisation d'un tel ensemble de propulsion pour réaliser un treuil enrouleur stationnaire nécessite de maîtriser correctement la force de tension du câble. A cette fin, il est nécessaire d'établir une table des valeurs des forces de tension du câble en fonction de la 10 vitesse de rotation. L'établissement d'une telle table, nécessite de relier le câble à un dynamomètre, de faire varier la vitesse de rotation du moteur puis, pour chaque force sélectionnée, noter la vitesse correspondante. Ensuite, cette table est utilisée pour paramétrer une première unité de traitement des informations incluse dans le dispositif 15 de télécommande du treuil. Cette première unité de traitement des informations est un microprocesseur utilisé de manière classique et relié à différents éléments tels que : clavier, boutons, interrupteurs, afficheur, émetteur et/ou récepteur radio, etc. Le treuil applique au câble une force de tension dépendante de la 20 vitesse de rotation du moteur. En cas de mauvais fonctionnement dans la chaîne de commande de la vitesse de rotation, une force de tension inappropriée du câble peut être à l'origine d'accident pour l'aéronef et/ou son pilote. Pour éviter un accident, un dispositif de limitation de la tension du câble est mis en oeuvre. Quand le moteur d'entraînement du 25 treuil est un moteur thermique associé à un embrayage centrifuge, le dispositif limite la vitesse de rotation du moteur par une commande appropriée sur la carburation ou l'injection selon la technologie du moteur utilisé. Quand le moteur d'entraînement est un moteur hydraulique le dispositif de limitation de la tension du câble agit sur la pression 30 d'admission du moteur. L'invention concerne aussi une méthode pour le décollage d'un aéronef non motorisé au moyen d'un treuil enrouleur stationnaire télécommandé par une liaison sans fil, comportant : un câble de traction, un moteur fournissant l'énergie mécanique nécessaire à l'enroulement 35 dudit câble, des moyens d'enroulement dudit câble, des moyens de limitation de la force de tension dudit câble, des moyens de réglage de la force de tension dudit câble, un dispositif de communication sans fil comportant au moins un récepteur, caractérisée en ce que, au moins, les premières étapes du décollage se déroulent successivement de la manière suivante : 3037566 - 4 - a. lesdits moyens de limitation de la force de tension dudit câble sont activés pour limiter ladite force de tension selon une première force, b. par une première commande de force, ladite force de tension 5 est appliquée selon une première force audit câble, c. par une commande spécifique d'activation et désactivation, les moyens de limitation de la force de tension dudit câble sont activés et désactivés pour limiter ladite force de tension selon une deuxième force de tension, 10 d. par une deuxième commande de force, ladite force de tension est appliquée selon une deuxième force audit câble. Les moyens de limitation de ladite force de tension du câble sont mis en oeuvre pour limiter les, première et deuxième forces et éventuellement une troisième voire une quatrième force. L'activation des 15 moyens de limitation de la deuxième force entraîne la désactivation des moyens de limitation de la première force et ainsi de suite (voir figure 3). Après le déroulement du câble jusqu'à l'endroit du décollage, le câble est accroché à l'aéronef. Les moyens de limitation de la force de 20 tension dudit câble sont activés, puis par une première commande de force transmise par la télécommande actionnée par le pilote, la pré-tension est appliquée selon une première force de tension du câble de traction. Le câble déroulé n'étant pas tendu, il est nécessaire de lui appliquer une force de pré-tension pour éviter au décollage la propagation d'une onde 25 longitudinale de force de tension le long du câble qui se termine par un à-coup au point d'accrochage avec l'aéronef. L'aéronef ou le pilote d'une aile résiste à cette force de pré-tension pour rester immobile. Pour décoller, le pilote actionne, la commande spécifique d'activation et désactivation des moyens de limitation puis, la deuxième 30 commande de force correspondant à la deuxième force supérieure à la force de pré-tension. Par exemple pour une -aile de parapente, la commande spécifique d'activation et désactivation des moyens de limitation et la commande de force sont réunies sur une même poignée. Dans un mode de réalisation préféré, la commande spécifique est actionnée par un bouton 35 poussoir ou molette manoeuvré avec le pouce et la commande de force est actionnée par une gâchette manoeuvrée avec un autre doigt. Les organes de commandes, gâchette, molette ou bouton poussoir sont reliés électriquement de manière classique à la première unité de traitement des informations du dispositif de télécommande pour générer les informations 40 à transmettre au treuil via la liaison sans fil. 3037566 - 5 - L'ascension débute par la transmission Successive de la commande spécifique et de la troisième commande de force pour appliquer une troisième force de tension. La fin de l'ascension par treuillage se produit lorsque le pilote 5 désaccouple l'aéronef et le câble, ce dernier retombant freiné par son parachute. Eventuellement, avant de désaccoupler, le pilote envoie une quatrième commande de force d'arrêt de traction qui se manifeste par nne diminution importante, voire l'annulation, de la tension du câble. Ce qui a pour effet d'éviter un à-coup dans le câble et l'aéronef. 10 Les moyens de limitation de la force de tension du câble sont actifs dès la mise en marche du treuil. Ceci permet d'éviter les risques d'enroulement rapide du câble alors que le pilote n'est pas prêt au décollage, par exemple, une action accidentelle sur la télécommande du pilote ou une perturbation dans la liaison sans fil pourrait causer 15 l'enroulement accidentel du câble. Le dispositif de télécommande sans fil mémorise, dans une table de la première unité de traitement des informations, des informations représentatives des forces de tension du câble permettant de transmettre des commandes de force au treuil. 20 Les, première, deuxième, troisième et quatrième commandes de force transmises par la télécommande comportent les informations représentatives des forces de tensions. Le dispositif de télécommande actionné par le pilote communique avec le treuil qui comprend un dispositif de réception, une deuxième 25 unité de traitement et au moins un servomoteur. Le pilote communique avec le treuil au moyen d'une liaison sécurisée comprenant - Un dispositif d'appairage entre l'interface radio de l'aéronef et l'interface radio du treuil. 30 - Des communications radio sécurisées particulières, transmises par au moins une voie radio, contenant d'une part des informations de commande et d'autre part des informations de contrôle de l'intégrité des informations de commande contenues dans les messages communiqués. La commande n'est exécutée qui si le contrôle 35 de l'intégrité des informations de commande est positif. En cas de pluralité de voies radio, si une voie est perturbée, la commande transmise par l'autre voie radio non perturbée est prise en compte. Si toutes les voies sont perturbées la commande n'est pas prise en compte ou se place en position de sécurité, comme par exemple 40 l'arrêt de la traction. 3037566 - 6 - L'appairage entre les deux extrémités de la liaison radio est une fonction importante qui permet d'éviter les perturbations mutuelles des commandes lorsque deux treuils voisins ou autres systèmes utilisant les mêmes plages de fréquences, opèrent simultanément. 5 Le treuil comprend une pluralité de servomoteurs pour réaliser différentes actions telles que : - la mise en marche et/ou arrêt du moteur - la commande de l'enroulement du câble avec une pluralité de valeurs de forces de tension prédéterminées 10 - la commande des moyens de limitation de la force de tension du câble Dans un mode de réalisation préféré, une liaison radio bidirectionnelle permet grâce à des capteurs de grandeurs physiques adaptés, de transmettre des informations provenant du treuil pour 15 informer le pilote : force de tension réellement appliquée au câble, vitesse d'enroulement du câble, angle de déviation de l'enroulement par rapport à l'axe du treuil, niveau de carburant dans le réservoir, qualité de la liaison sans fil, etc. Ces informations sont présentées au pilote via une interface de visualisation adaptée. 20 Dans cette description tout type de servomoteur est applicable, par exemple les servomoteurs comportant un arbre de sortie à déplacement rotationnel ou coulissant mais aussi sont compris les dispositifs à électroaimant tel que l'électroaimant d'un démarreur électrique de moteur thermique ou un relais de coupure de circuit d'allumage d'un moteur à 25 essence ou de coupure de l'injection de moteur diesel. On peut citer aussi les électrovannes de moteurs hydrauliques. La description de ces variantes de servomoteur n'est pas nécessaire pour la compréhension de l'invention, mais l'homme de métier saura les imaginer aisément. Le treuil est caractérisé en ce qu'il comprend en outre un servomoteur 30 relié auxdits moyens de réglage de ladite force de tension dudit câble pour en faire varier ladite force de tension. La figure 1 représente une réalisation des moyens de limitation de la force de tension du câble. Le servomoteur (100) comprend un axe rotatif (110) muni d'un ergot, le servomoteur (200) permet de faire tourner la 35 roue dentée (300) munie d'une butée (310) ; la roue dentée (300) n'étant pas solidaire de l'axe (110) du servomoteur (100). Le servomoteur (100) commandant la vitesse de rotation du moteur et par conséquent la force de tension du câble est limité dans sa course par la butée (310) positionnée par le servomoteur (200). Ainsi, en cas de défaillance dans la chaîne de 3037566 - 7 -- commande, la commande de la vitesse de rotation du moteur ne peut excéder la valeur imposée par la butée (310). Les différentes commandes radio reçues par le treuil commandent les servomoteurs appropriés : 5 - La commande spécifique d'activation et désactivation agit sur le servomoteur (200) pour limiter l'amplitude des réglages de la force de tension du câble. - Les, première, deuxième, troisième et quatrième commandes de force agissent sur le servomoteur (100) de vitesse commandant 10 respectivement les, première, deuxième, troisième et quatrième vitesses correspondant respectivement aux, première, deuxième, troisième et quatrième forces de tension du câble. Le passage d'une force de tension du câble à une autre force peut se faire de manière progressive sur action du pilote ou automatiquement par 15 un dispositif approprié situé dans la deuxième unité de traitement des informations ou dans le système de télécommande. Le treuil de l'invention est caractérisé en ce que lesdits moyens de limitation de ladite force de tension dudit câble limitent ladite force selon une première et/ou une deuxième force. La mise en oeuvre des 20 limitations des diverses forces est réalisée par modification du réglage d'une butée (310) sur la sortie du servomoteur (100). Le servomoteur (100) comporte en sortie un arbre (110) de transmission de mouvement rotationnel dont l'angle de rotation dépend de l'information de commande qui est appliquée au servomoteur (100). L'arbre (110) de 25 sortie du servomoteur est relié à la commande de vitesse du moteur thermique qui comporte un carburateur ou une pompe à injection. Ainsi, lorsque l'une des quatre commandes de force est appliquée au servomoteur (100), l'angle de rotation correspondant de l'arbre (110) de sortie agit sur la commande de vitesse du moteur et en conséquence sur la force de 30 tension du câble. Les moyens de limitation de la tension du câble sont réalisés par un dispositif mécanique (voir figure 1), de type butée (310) amovible réglable, qui limite l'angle de rotation de l'arbre (110) de sortie du servomoteur. Le limiteur de tension est activé/désactivé par un 35 électroaimant ou un servomoteur (200) commandé par le récepteur radio. Un autre mode de réalisation du servomoteur présente en sortie une tige coulissante dont la course dépend de la commande qui est appliquée au servomoteur. Cette tige coulissante est reliée à la commande de vitesse du moteur thermique. Cet autre mode de réalisation permet aussi 3037566 - 8 - la réalisation des moyens de limitation de la tension du câble par une butée amovible qui limite la course de la tige coulissante. Un accroissement brutal de la tension du câble est dangereux pour le pilote et l'aéronef au sol comme en vol. Pour éviter cet inconvénient dû 5 à un dysfonctionnement quelconque, commande erronée de la part du pilote ou défaillance dans la chaîne de commande de la tension du câble, des moyens de limitation de la vitesse d'accroissement de la tension sont mis en oeuvre. Les moyens de limitation de la vitesse d'accroissement de la tension 10 du câble empêchent les mouvements brusques du servomoteur qui commande la vitesse de rotation du moteur. Par exemple, ils sont réalisés par un dispositif de freinage qui limite la vitesse de rotation de l'arbre (110) de sortie du servomoteur (100). Le dispositif de freinage peut être réalisé par friction sur l'arbre (110) ou par un vérin (410) de freinage 15 pneumatique ou hydraulique (voir figure 2). Le treuil de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une deuxième unité de traitement des informations générant des signaux électriques pour commander les moyens de réglage de ladite force de tension et/ou les moyens de limitation de ladite force de tension dudit 20 câble et/ou les moyens de limitation de la vitesse d'accroissement de ladite tension dudit câble. Selon un autre mode de réalisation, le moteur thermique fournissant l'énergie mécanique du treuil comprend un système d'injection électronique. Dans ces conditions, les moyens de réglage de la force de 25 tension, c'est-à-dire la commande de vitesse du moteur, sont réalisés de manière classique au moyen de signaux électriques provenant d'une deuxième unité de traitement des informations qui reçoit les commandes via la liaison sans fil. Les moyens de limitation de la force de tension du câble comprennent, par exemple, un capteur de force et des moyens 30 électroniques de traitement des signaux du capteur de force pour délivrer au système d'injection électronique des signaux électriques aptes à modifier la vitesse de rotation du moteur et en conséquence la force de tension du câble. Les moyens de limitation de la vitesse d'accroissement de la force de tension sont réalisés par lesdits moyens électroniques de 35 traitement des signaux du capteur de force pour délivrer au système d'injection des signaux aptes à limiter la vitesse d'accroissement de la force de tension du câble. Ce mode de réalisation des moyens de limitation est compatible avec les moteurs électriques à vitesse variable. 3037566 - 9 - Parmi les nombreuses solutions aptes à réaliser le treuil de l'invention on doit citer l'association d'un moteur avec un embrayage électromagnétique à poudre. Ce type d'embrayage permet, par circulation d'un courant électrique dans une bobine, de régler le couple transmis 5 proportionnellement audit courant électrique. La liaison sans fil est une liaison radio composée d'un dispositif de télécommande placé dans l'aéronef ou porté par le pilote pour transmettre au treuil des informations contenant des commandes. Le treuil comporte un récepteur radio de télécommande, relié à une deuxième unité de traitement 10 des informations, cette dernière agit sur les différents moyens nécessaires au fonctionnement du treuil de l'invention. Dans la description, on admet que le dispositif de télécommande est placé dans l'aéronef même s'il est porté d'une quelconque manière par le pilote lui-même. 15 Dans le cadre de l'utilisation du treuil de l'invention pour la formation de pilote ou lorsque le treuil est partagé par plusieurs pilotes, pour ne pas multiplier le nombre de télécommandes, le dispositif de télécommande est actionné par une tierce personne restant au sol. L'invention couvre aussi cette possibilité. 23 L'invention concerne tous les types de moteurs et d'embrayages utilisés pour fournir l'énergie mécanique nécessaire à l'enroulement du câble. Les moteurs thermiques sont ceux décrits précédemment mais on peut utiliser des moteurs hydrauliques ou des moteurs électriques. Les différentes technologies de moteurs et d'embrayages offrent une grande 25 variété de solutions pour réaliser les limiteurs de force et limiteurs de vitesse d'accroissement de la tension du câble et l'homme de métier saura de manière classique réaliser le treuil de l'invention avec les moyens propres à chaque technologie. Les solutions décrites précédemment permettent de réaliser des treuils 30 enrouleurs destinés à d'autres activités terrestres ou nautiques et leurs utilisations sont couvertes par l'invention. Références de la figure 2 420 : réglage du débit 35 430 : réservoir de fluide REVENDICATIONS1) Treuil enrouleur stationnaire télécommandé par une liaison sans fil pour faire décoller par treuillage un aéronef non motorisé, comportant : un câble de traction, un moteur fournissant l'énergie mécanique nécessaire à l'enroulement dudit câble de traction, des moyens d'enroulement dudit câble, des moyens de réglage de la force de tension dudit câble, un dispositif de communication sans fil comportant au moins un récepteur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de limitation de ladite force de tension dudit câble et/ou des moyens de limitation de la vitesse d'accroissement de ladite tension dudit câble. 2) Treuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de limitation de ladite force de tension dudit câble limitent ladite force selon au moins une première et/ou une deuxième force. 3) Treuil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite première force de tension est la force de pré-tension dudit câble. 4) Treuil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un servomoteur relié auxdits moyens de réglage de ladite force de tension dudit câble pour en faire varier ladite force de tension. 5) Treuil selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de limitation de la vitesse d'accroissement de ladite tension dudit câble limitent la vitesse de déplacement rotationnel ou coulissant de la sortie dudit servomoteur. 6) Treuil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différentes valeurs de ladite force de tension dudit câble correspondent à des commandes de force transmises par le dispositif de télécommande, via ladite liaison sans fil audit treuil. 7) Treuil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une deuxième unité de traitement des informations générant des signaux électriques pour commander les moyens de réglage de ladite force de tension et/ou les moyens de limitation de ladite 3037566 force de tension dudit câble et/ou les moyens de limitation de la vitesse d'accroissement de ladite tension dudit câble. 8) Méthode pour le décollage d'un aéronef non motorisé au moyen d'un treuil enrouleur stationnaire télécommandé par une liaison sans 5 fil, comportant : un câble de traction, un moteur fournissant l'énergie mécanique nécessaire à l'enroulement dudit câble, des moyens d'enroulement dudit câble, des moyens de limitation de la force de tension dudit câble, des moyens de réglage de la force de tension dudit câble, un dispositif de communication sans fil 10 comportant au moins un récepteur, caractérisée en ce que, au moins, les premières étapes du décollage se déroulent successivement de la manière suivante : a. lesdits moyens de limitation de la force de tension dudit câble sont activés pour limiter ladite force de tension selon 15 une première force, b. par une première commande de force, ladite force de tension est appliquée selon une première force audit câble, c. par une commande spécifique d'activation et désactivation, les moyens de limitation de la force de tension dudit câble 20 sont activés et désactivés pour limiter ladite force de tension selon une deuxième force de tension, d. par une deuxième commande de force, ladite force de tension est appliquée selon une deuxième force audit câble. 9) Treuil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé 25 en ce qu'en outre, il peut être utilisé pour treuiller des engins nautiques ou terrestres.