Brevet FR3069447A1 — publié le 20190201

- La présente invention est un dispositif permettant la remise en position de décollage d'un aéronef commandé à distance, notamment après un crash. L'invention est à l'origine pensée pour une application dans le domaine des drones de type aéronefs à atterrissage et décollage verticaux (VTOL) et se destine tout particulièrement et en premier lieu aux appareils de types « multirotor ». L'invention est à l'origine pensée pour permettre de faciliter l'exploitation commerciale de drones de loisirs en terrains fermés indoor, mais lors d'essais réalisés au cours de son développement elle s'est montrée également particulièrement efficace lors de vols à l'extérieur sur des terrains et des environnements bien moins contrôlables. Il est tout à fait envisageable d'adapter cette invention et son concept à un appareil volant différemment, pour peu que l'entièreté de ce dernier soit inscrit dans l'invention. Cette invention ne se limite donc pas aux appareils pour lesquels elle a été conçue à l'origine. De par leur conception, les aéronefs multirotors sont très vulnérables aux crashs. Leurs voilures tournantes sont particulièrement exposées et sont bien souvent les premières victimes d'un crash de l'appareil. Si le but premier de l'invention n'est pas de protéger le drone, elle permet néanmoins d'ajouter une seconde protection, toujours bienvenue lorsqu'il s'agit de protéger des appareils pouvant cumuler une, plusieurs ou toutes les caractéristiques suivantes : - fragile, - onéreux, - téléopéré, - ne pouvant redécoller après un crash. Les réponses actuellement disponibles visent principalement à protéger les voilures tournantes des appareils. Elles consistent bien souvent en de simples prop-guards : des carénages ayant un rayon légèrement supérieur à celui des hélices propulsant l'engin et partageant le -2 - même centre que ces dernières. Le second type de protection consiste en une enveloppe sphérique enveloppant un drone fixe ou mobile en son sein (sur un ou plusieurs axes, stabilisés ou non) le drone se trouvant au centre de la sphère. Cette 5 enveloppe protectrice est généralement constituée d'un assemblage de joncs ou de bandes de carbone et n'a d'autre but que de prévenir les collisions entre le drone et l'environnement dans lequel il évolue, ou de permettre au drone de se mouvoir au sol. En l'état de la technique et des usages répandus, il est fastidieux 10 et/ou onéreux de devoir systématiquement se rendre sur les lieux du crash du drone pour le remettre dans une position permettant au pilote / à l'opérateur de redécoller, une fois sa position de téléopération reprise. Dans l'immense majorité des cas, le drone ne peut reprendre un vol sans une intervention extérieure après avoir subi un crash. 15 Lorsqu'elles ne sont pas tout simplement déficientes, les protections pouvant s'approcher du concept de l'invention que présente ce document sont souvent de fabrication complexe (utilisant par exemple des gyrostabilisateurs), compliquées à fabriquer et/ou, de par leur poids, non adaptées à un drone devant conserver son agilité comme c'est le cas pour 20 les drones de loisir. L'invention décrite dans ce document permet de s'assurer que, dans l'éventualité d'un crash, l'appareil puisse invariablement retrouver par la seule gravité une position lui permettant de redécoller immédiatement sans aucune intervention extérieure, qu'elle soit humaine ou non, sans ajout 25 d'appendices électroniques et au prix de seulement quelques grammes supplémentaires. L'invention consiste en une cage protectrice sectionnée en sa base et ses pièces de fixation au drone. La cage est réalisée à l'aide de matériaux composites résistant aux chocs et à la déformation à l'impact. 30 C'est la raison pour laquelle la fibre de carbone a été retenue lors des -3 - phases de prototypage. À titre d'exemple non limitatif, sur les prototypes développés lors de l'élaboration de cette solution technique, les cages sont réalisées en fibres de carbone extrudées de 1,2 mm d'épaisseur et de 6 mm de largeur. Ces paramètres sont modifiables en fonction du résultat 5 souhaité, de la zone de vol et des caractéristiques du drone bénéficiant de l'invention. Outre sa fonctionnalité de protection, la cage joue le rôle d'un dispositif permettant d'amortir les chocs à l'impact lors d'un crash ou d'un atterrissage brutal, mais également de ressort permettant à l'ensemble de 10 poursuivre son mouvement jusqu'à immobilisation dans la position stable permettant un décollage immédiat du drone. Les pièces de fixation et la taille de la cage du drone ont été soigneusement étudiées pour ne permettre qu'une seule position stable : celle permettant de décoller. 15 Ces pièces de fixation s'inscrivent dans le prolongement de l'arc de cercle formé par la structure de la cage et n'entravent donc pas la remise en position du drone après un crash. Ces pièces de fixation, de par leur forme et leurs matériaux, sont conçues pour encaisser une partie des chocs en cas d'impact tout en 20 assurant la rigidité de l'ensemble drone + cage. Les pièces de fixation sont conçues pour ne pas pivoter autour de leur point d'ancrage au drone tout en gardant une souplesse de mouvement suivant les vecteurs permettant l'absorption de l'énergie d'un impact. Cette semi-rigidité permet d'éviter ainsi un stress trop important sur 25 la cage elle-même lors d'un crash et donc une fatigue des joncs de carbone. Les dessins annexés illustrent l'invention : - La figure 1 représente la pièce rendant solidaire le drone et la cage sphérique. 30 - La figure 2 représente un plan de coupe de la pièce rendant -4 - solidaire le drone et la cage sphérique. - La figure 3 représente l'invention associée à un châssis de drone nu et sa batterie (14). La pièce de fixation de la structure protectrice sphérique au châssis 5 est composée de deux pièces identiques (fig. 1) par arceau, soit, pour un dispositif constitué de deux arceaux, quatre pièces identiques réparties uniformément sur le châssis. Ces pièces de fixation sont imprimées en 3D dans un polymère semi-rigide à mémoire de forme. L'entretoise (9) séparant les plaques supérieure (13) et inférieure 10 (12) qui constituent le châssis est insérée dans le logement correspondant (1) de la pièce de fixation. Chaque pièce de fixation est maintenue lors de l'assemblage final du drone entre les plaques inférieure (12) et supérieure (13) qui constituent le châssis. Les butées internes basse et haute (2 et 3) de la pièce de fixation 15 permettent d'éviter que la pièce de fixation ne pivote sur l'axe que constitue l'entretoise la reliant au châssis (9) ; le but étant d'éviter une fatigue inutile de la structure protectrice résultant d'une torsion sur un axe autre que celui permettant d'absorber un choc en cas d'impact. La pièce de fixation est creusée d'une cavité (6) suivant la courbure 20 extérieure de la pièce de fixation (7) dans laquelle s'insère la structure (un jonc, un plat de fibres de carbone extrudée ou une autre matière profilée) qui devient ainsi solidaire des pièces de fixation. C'est ici que les caractéristiques comme le rayon ou la rigidité de la structure sphérique sont déterminées. 25 La courbure extérieure de la pièce de fixation (7) est conçue pour ne pas entraver la remise en position de décollage de l'ensemble cage + drone. Cette courbure est déterminée en fonction du rayon qu'il est nécessaire d'appliquer à la structure de la cage afin que l'ensemble cage + drone possède un centre de gravité plus bas que le centre de la sphère 30 composée par la structure. -5 - La pièce de fixation possède des langues amortissantes inférieure (4) et supérieure (5) . La langue amortissante inférieure (4) permet d'absorber une partie des chocs subis par le châssis lui-même lors d'atterrissages brutaux. La langue amortissante supérieure (5), quant à 5 elle, permet lors d'impacts une meilleure répartition de l'effort à l'interface entre la pièce de fixation et le plat de carbone extrudé composant la structure sans pour autant nuire à la remise en position de décollage. La pièce de fixation possède un point de flexion (8) permettant lui aussi d'absorber une partie de l'énergie générée à l'impact. Cette énergie 10 peut être absorbée par étirement, par compression ou par cisaillement. La structure elle-même consiste en plusieurs (au moins deux) arceaux (1 1 ) souples et résistants en fibres de carbone ou autres matières résistantes à mémoire de forme. Ces arceaux sont physiquement et de façon rigide reliés entre eux en un point (10) situé à la verticale du centre 15 de gravité de l'ensemble drone et structure et du centre de la sphère tronquée constituée par la structure. Cette structure prend la forme d'une sphère sectionnée dont le centre se situe au-dessus du centre de gravité de l'ensemble structure + drone prêt à voler (avec la ou les batteries donc) et dont la base du drone 20 (12) constitue une section plane de cette sphère. Les pièces de fixation sont pensées pour que la structure ait un diamètre suffisant afin que le centre de gravité de l'ensemble structure + drone soit placé au-dessous du centre de la sphère. Les matériaux utilisés sont les suivants : 25 - Les pièces de fixation de la cage au drone sont imprimées en 3D dans un plastique souple à mémoire de forme et résistant aux chocs. Elles permettent ainsi d'absorber une partie des chocs et de soulager le stress induit par un impact sur les arceaux constituant la sphère protectrice du drone. 30 - Pour les arceaux constituant la sphère protectrice, la fibre de - 6 - carbone extrudée a été retenue pour sa souplesse, sa résistance, son faible poids et son effet « ressort » lorsqu'elle est contrainte. L'invention est adaptable à tous types d'appareils volants. Les pièces 5 de fixation sont bien sûr à adapter afin d'assurer notamment un point d'ancrage correct sur le châssis et un centre de gravité de l'ensemble sous le centre de la sphère constituant la cage protectrice, mais le concept même de l'invention reste identique. L'invention présente plusieurs avantages. Elle permet, pour un cout 10 minime en poids et en matériaux, d'assurer en premier lieu une remise en position de décollage immédiate lors d'un crash une fois l'engin stabilisé et d'ajouter une couche de protection supplémentaire autour du drone. Sans appendice électronique ou mécanique complexes, reposant uniquement sur la gravité terrestre, cette solution s'est avérée fiable durant 15 les tests de développement et répond parfaitement au cahier des charges de départ. Cette invention ne vise pas à empêcher les crashs, mais à les rendre anodins. En effet, contrairement aux brides électroniques qui peuvent exister actuellement, l'invention permet, dans le cas d'une utilisation de 20 loisir, d'apprendre plus sereinement sans craindre les crashs, mais en les comprenant. Elle permet une dédramatisation des crashs facilitant l'apprentissage REVENDICATIONS1. Dispositif mécanique constitué d'une structure sphérique résistant aux chocs, composée d'au moins deux arceaux (11) aux points d'ancrages uniformément répartis sur le châssis et de ses pièces de fixation au châssis (15) d'un aéronef téléopéré permettant de remettre ce dernier en position de décollage après un atterrissage, que ce dernier soit ou non la conséquence d'un crash, caractérisé en ce que l'ensemble aéronef + structure a pour seule position stable immobile celle permettant à l'aéronef de redécoller. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le centre de gravité de l'ensemble structure et aéronef en position de décollage est plus bas que le centre de la sphère constituée par la structure. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 15 caractérisé en ce que la structure sphérique constituée par les arceaux possède une section plane définie par la base de l'aéronef lorsque ce dernier est en position de décollage. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les pièces de fixation (15) de la structure sphérique 20 au châssis de l'aéronef assurent au moins en partie l'absorption de l'énergie des chocs lors de l'impact sans nuire à la remise en position de décollage dudit aéronef.