Brevet FR3077266A1 — publié le 20190802

NACELLE DE VEHICULE AERIEN SANS PILOTE ET VEHICULE AERIEN SANS PILOTE AINSI EQUIPE La présente invention concerne une nacelle de véhicule aérien sans pilote ainsi qu'un tel véhicule ainsi équipé. L'expression « véhicule aérien » désigne ici, au sens large, un drone à voilure fixe ou tournante, un dirigeable, un ballon captif ou autre aéronef dont le pilote n'est pas à bord du corps de l'aéronef mais soit au sol soit dans un autre véhicule aérien ou dans un véhicule terrestre soit encore dans une nacelle fixée sur le véhicule aérien. En d'autres termes, il s'agit de tout type de véhicule aérien, à l'exception des avions, planeurs et hélicoptères, quels que soient la taille et/ou le mode de propulsion et dont le pilotage est effectué à distance du corps principal du véhicule aérien, par un moyen filaire ou non. Pour la suite, afin de simplifier la lecture, le terme drone sera utilisé pour désigner un tel véhicule, cela même si une nacelle adaptée pour recevoir un pilote est fixée au véhicule aérien. Ici, le terme « nacelle » désigne un support pour un organe ou un ensemble d'organes, dits organes actifs, permettant au véhicule aérien de remplir la fonction pour laquelle il est utilisé. Cet organe ou cet ensemble d'organes n'intervient pas directement dans la propulsion du véhicule aérien en vol. En d'autres termes, la nacelle ne comprend pas des organes tels que le groupe motopropulseur mais supporte, par exemple, des caméras, des capteurs, des moyens d'intervention divers sur un bâtiment, un objet ou un être vivant. En revanche, des moyens complémentaires permettant de prolonger le vol et/ou de gérer le vol peuvent être présents sur la nacelle. Il s'agit, par exemple, de batteries, d'un module de transmission et/ou d'un module de commande du vol. Une telle nacelle est fixée de manière permanente sur le véhicule aérien ou, avantageusement, de manière amovible. Il est alors possible de changer la nacelle selon l'usage envisagé du véhicule aérien. Les organes actifs présents sur la nacelle sont, pour certains, mobiles au moins autour d'un axe de rotation par rapport à la nacelle, étant entendu que la nacelle 2 elle-même peut être mobile au moins autour d'un axe de rotation. Il est ainsi possible de suivre et/ou d'agir sur un bâtiment, un objet ou un être vivant en mouvement par rapport au drone, cela que ce dernier soit en déplacement ou en vol stationnaire. Une telle situation se rencontre par exemple lorsque l'organe ou l'ensemble d'organes actifs 5 comprend au moins une caméra, quelle que soit le type de celle-ci ou encore un dispositif d'envoi d'un élément sur un objet ou un être vivant, par exemple un dispositif de marquage. Dans le cas, fréquent, où l'organe actif est mobile au moins en rotation autour d'un axe vertical, il est important que le ou les mouvements de l'organe et/ou de la 10 nacelle soient libres, sans qu'une partie du drone constitue une gêne ou un empêchement à un tel mouvement. Or, certains drones sont pourvus d'un organe d'atterrissage, comportant par exemple des patins ou des roues, qui est situé en partie basse du drone. Un tel organe a pour fonction d'assurer l'intégrité du drone lors des phases de décollage et d'atterrissage, tout en évitant que la nacelle, ou au moins les 15 organes qu'elle transporte soient en contact avec le sol, cela également pour préserver leurs intégrités. De ce fait, l'organe d'atterrissage est prévu pour supporter l'ensemble du drone et il est donc fixé de manière à supporter les organes constitutifs de ce dernier, donc essentiellement le groupe motopropulseur et les batteries. En d'autres termes, l'organe d'atterrissage est fixé sur le corps principal du drone. Cet organe d'atterrissage 20 peut constituer une entrave aux mouvements de l'organe et/ou de la nacelle, celle-ci étant fixée en partie basse du drone, sous le groupe motopropulseur. A titre d'exemple, un tel organe d'atterrissage peut limiter les mouvements d'une caméra fixée sur la nacelle ou former un obstacle dans le champ de tir d'un dispositif de tir embarqué sur la nacelle. De même, une mesure par un capteur fixé sur la nacelle peut être affectée par la 25 présence de l'organe d'atterrissage si ce dernier est dans la trajectoire de la prise de données. On définit, de manière connue en soi, au moins trois axes de rotation pour un véhicule aérien ou aéronef. Ces axes, pris à partir du centre de gravité de l'aéronef, permette de définir les mouvements de l'aéronef en vol. Un premier axe est dit vertical 3 pour une rotation du véhicule aérien dans un plan horizontal. Un tel axe est dénommé de façon courante yaw. Un deuxième axe horizontal, dit longitudinal, permet une rotation du véhicule aérien dans un plan vertical, donc un mouvement de roulis, est dénommé roll. Un troisième axe, dit latéral, correspond à un mouvement de tangage donc de rotation du 5 véhicule aérien dans un plan vertical autour d'un axe horizontal perpendiculaire aux deux autres axes roll et yaw. Ce troisième axe est dénommé pitch. Les nacelles dites deux axes connues de l'état de la technique, sont mobiles autour seulement des axes pitch et roll. De telles nacelles effectuent seulement un mouvement de roulis et de tangage. Une telle configuration n'est pas pleinement 10 satisfaisante pour assurer un mouvement de la nacelle dans toutes les situations, notamment lorsque la nacelle emporte un dispositif envoyant un objet sur une cible quelconque. En effet, le mouvement de rotation dit à plat selon l'axe yaw est tributaire des mouvements du véhicule aérien. Or, il s'avère que la rotation de la nacelle selon cette 15 direction dans un sens donné n'est pas forcément compatible, pour des raisons de sécurité de vol, avec un mouvement similaire du véhicule aérien. Dans ce cas, l'organe d'atterrissage du véhicule aérien constitue une gêne pour les mouvements de la nacelle. Une solution connue à ce problème consiste à réaliser une nacelle mobile selon les trois axes yaw, roll et pitch. Néanmoins, de telles nacelles sont d'un coût de 20 production élevé, d'un entretien et d'une manipulation malaisés. Outre l'emploi de nacelles trois axes, on connait des drones qui disposent d'organes d'atterrissage repliables, soit contre les parois externes du corps du drone soit dans des logements dédiés, de façon similaire au train d'atterrissage d'un avion. Une telle solution est techniquement compliquée et onéreuse. 25 On connait également des drones qui ne comportent pas d'organe d'atterrissage et qui décollent et atterrissent à partir d'une station d'accueil. Une telle solution est d'un usage limité car elle implique le déplacement de la station d'accueil lorsque la zone d'évolution du drone change. Par ailleurs, en cas de problème, le drone ne dispose pas d'organe d'atterrissage pour se poser en sécurité. 4 On connait également par WO-A-2016 193 512 un organe d'atterrissage, en l'espèce des patins, réglables en position sur des moyens de fixation au drone, eux-mêmes réglables en position. Il est ainsi possible d'adapter l'organe d'atterrissage aux diverses géométries du drone, lorsque ce dernier embarque différents organes actifs 5 sur la nacelle ou lorsque l'on change de nacelle. Une telle solution implique un réglage précis de la position des patins avant toute utilisation du drone dans une nouvelle configuration géométrique. Par ailleurs, si les réglages permettent de couvrir de nombreuses configurations géométriques du drone et de la nacelle, il ne couvre pas l'ensemble des configurations possibles, en particulier en cas de mouvements 10 complexes de la nacelle et/ou du drone. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant une nacelle de véhicule aérien d'une fabrication et d'une mise en oeuvre simplifiées, permettant une utilisation optimale sans qu'un organe d'atterrissage en gêne l'usage. 15 A cet effet, l'invention a pour objet une nacelle de véhicule aérien sans pilote, ladite nacelle supportant au moins un organe actif adapté pour remplir au moins une des fonctions prédéfinies du véhicule aérien sans pilote, ladite nacelle étant au moins mobile en rotation autour d'un axe, caractérisée en ce que la nacelle est adaptée pour assurer la mobilité des organes actifs autour des seuls axes vertical et latéral et en ce qu'elle 20 comprend un organe d'atterrissage. Ainsi, en couplant deux mouvements de la nacelle et de l'organe d'atterrissage selon seulement deux axes, tout en positionnant, avantageusement, ce dernier sur la nacelle, on assure une liberté de mouvement et d'utilisation à ces derniers sans que l'organe d'atterrissage ne gêne, à un moment quelconque, le fonctionnement des 25 organes actifs. Une telle nacelle est soit fixée définitivement sur le véhicule aérien sans pilote ou drone, soit fixée de manière amovible. Dans les deux cas, l'organe d'atterrissage ne gêne pas le fonctionnement des organes actifs présents sur la nacelle, que ces organes soient amovibles ou non. 5 Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, une telle nacelle peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - L'axe latéral dénommé pitch passe par l'organe d'atterrissage. - L'organe d'atterrissage comprend au moins deux patins. 5 - L'organe d'atterrissage comprend au moins deux roues. - L'organe d'atterrissage comprend au moins deux skis. - L'organe d'atterrissage comprend au moins deux flotteurs. - La nacelle comprend un support d'au moins un organe actif, mobile au moins en rotation autour d'un axe longitudinal parallèle à un montant de la nacelle, ledit axe 10 longitudinal étant confondu avec l'axe latéral pitch. - Le support du au moins un organe actif est mobile en translation selon une direction parallèle aux montants verticaux de la nacelle. - Les mouvements du support sont réalisés indépendamment des mouvements de la nacelle et du véhicule aérien sans pilote. 15 L'invention concerne également un véhicule aérien sans pilote équipé d'au moins une nacelle conforme à l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux 20 dessins suivants dans lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective, simplifiée, d'un véhicule aérien équipé d'une nacelle conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue partielle, en perspective et à une plus grande échelle, d'une partie de la nacelle illustrée à la figure 1 et 25 - la figure 3 est une vue en perspective, à une autre échelle, d'un véhicule aérien sans pilote équipé d'une nacelle conforme à un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'invention. Ici le véhicule aérien sans pilote 1, par la suite désigné sous le terme de drone, est un véhicule aérien sans pilote à voilure tournante, plus précisément du type quadricopter, c'est-à-dire 6 pourvu de quatre rotors 2 assurant la sustentation et la propulsion du drone. Dans d'autres modes de réalisation le nombre de rotors est diffèrent et donc le drone est d'un autre type, connu en soi. Il varie, par exemple, d'un rotor, dans le cas d'un drone de type hélicoptère, à plus de six, par exemple huit rotors dans le cas d'un octocopter, étant 5 entendu que toute les configurations d'un nombre entier de rotors sont possibles. A titre d'exemple, la figure 3 illustre un drone de type hexacopter, donc pourvu de six rotors assurant la sustentation et la propulsion du drone. En variante, certains rotors assurent la sustentation et d'autres la propulsion du drone, comme sur un autogyre. Dans un autre mode de réalisation, non illustré, le drone est à voilure fixe. Un tel 10 drone ne peut pas faire du vol stationnaire. Ceci n'est pas gênant pour la mise en oeuvre de l'invention, comme cela ressortira par la suite plus clairement de la description. Le drone 1 comprend un corps principal 3, rigide, équipé de bras 4 munis à une extrémité de rotors 2. Le corps 3, reçoit, notamment, les éléments nécessaires au vol du drone 1, en particulier le groupe motopropulseur, et au moins une partie des organes de 15 gestion du vol. Le drone 1 est pourvu d'un groupe motopropulseur thermique ou électrique. Selon la nature de ce groupe motopropulseur, le corps 3 du drone 1 est équipé de batteries ou d'un réservoir de carburant. Le corps 3 reçoit donc également soit le réservoir de carburant soit les batteries, ces dernières pouvant être amovibles. Sous le corps principal 3, une nacelle 5, conforme à un mode de réalisation de 20 l'invention, est fixée. Ici, la nacelle 5 est représentée sous une configuration géométrique simple, de sorte à permettre une fabrication aisée et une utilisation optimale. En l'espèce, la nacelle 5 est un cadre rectangulaire relié au corps 3 par un arbre rotatif 50. En variante, il s'agit d'un cadre carrée, circulaire ou d'une structure en volume, ouverte ou non. La nacelle 5 est reliée au corps 3 du drone de manière définitive ou, 25 avantageusement selon un mode de réalisation préféré, de manière amovible. Il est ainsi aisé de changer soit la nacelle soit le corps 3 du drone. La liaison, dans l'exemple, entre le corps 3 et la nacelle 5 est obtenue par l'arbre motorisé rotatif 50. La nacelle 5 comprend, en partie inférieure du cadre en regardant la figure 1, un plateau 6. Le plateau 6 forme un support de réception des organes actifs permettant au 7 drone d'effectuer les tâches pour lesquelles il est employé. A titre d'exemples non limitatifs de tels organes actifs, on peut citer une caméra 7, optique ou thermique, des moyens de largage d'une charge, un capteur d'une donnée physico-chimique 8 ou autre. Le support formé par le plateau 6 peut également recevoir d'autres organes liés à 5 l'utilisation du drone, par exemple une batterie supplémentaire et/ou un module de transmission. Ces divers organes sont répartis sur le support 6, donc sur la nacelle 5, de sorte à optimiser l'équilibre du drone 1 et la répartition des charges en vol. Le plateau 6, ici de forme rectangulaire, est relié à la nacelle 5 par ses petits cotés 60, 61. Ces derniers sont pourvus chacun d'une platine de fixation 62, 63 montée sur un 10 arbre rotatif 64, 65 comme cela ressort de la figure 2. Les arbres rotatifs 64, 65 sont donc répartis de part et d'autre du plateau 6 et assurent le maintien de ce dernier sur la nacelle 5. Les arbres rotatifs 64, 65 définissent un premier axe de rotation, à savoir l'axe latéral pitch. Ainsi, l'axe pitch, contrairement aux nacelles connues de l'état de l'art, ne passe pas par le corps de l'aéronef mais par une partie déterminée de la nacelle 5, au niveau 15 de l'organe d'atterrissage. Les arbres 64, 65 sont équipés chacun d'au moins un moteur électrique. On conçoit que, selon les besoins, plusieurs moteurs sont utilisés pour assurer le mouvement des arbres 64, 65. Les arbres 64, 65 sont fixés, ici de manière définitive, respectivement aux montants 51, 52 de la nacelle 5. Les arbres 64, 65 assurent le mouvement des bords 60, 20 61 du plateau 6 selon au moins une direction. En l'espèce, selon au moins un mouvement de rotation du plateau 6 autour de l'axe longitudinal pitch P parallèle à un montant 53 de la nacelle 5, selon la double flèche F. Le mouvement de rotation, de facto de tangage, du plateau 6 autour de l'axe P peut être synchronisé entre les arbres 64 et 65 ou non. Dans ce dernier cas, on réalise également une inclinaison du plateau 6, les 25 bords 60, 61 se trouvant à des altitudes différentes. Dans tous les cas, la nacelle 5 est également mobile en rotation autour de l'axe vertical yaw Y. Cet axe Y est défini comme étant l'axe de symétrie principal de l'arbre 50. Ainsi, la nacelle 5 peut librement tourner, sur 360°, autour de l'axe Y, par rapport au corps 3 du drone 1, comme illustré par la double flèche F2. D'autres mouvements, par 8 exemple un déplacement vertical, selon la double flèche F1, des platines 62, 63 parallèlement aux montants 51, 52 de la nacelle 5 sont envisageables. Dans un autre mode de réalisation, non illustré, le plateau 6 est monté sur une rotule centrale fixée sur le montant inférieur 53 de la nacelle 5. Ainsi, le plateau 6 peut pivoter en rotation autour 5 d'un axe vertical. Grace à l'invention, il est possible de réaliser une cinématique complexe permettant de s'affranchir des conditions de vol pour une efficacité optimale des organes actifs, cela indépendamment des organes d'atterrissage qui ne gênent en aucune façon l'utilisation des organes actifs. En effet, les divers mouvements, tant de la nacelle 5 10 qu'éventuellement du support 6 monté sur la nacelle 5, ne sont pas affectés par la présence de l'organe d'atterrissage, ce dernier n'étant pas fixé au corps 3 du drone 1. Pour cela, le montant inférieur 53 de la nacelle 5 est équipé d'un organe d'atterrissage formé, dans l'exemple, d'au moins deux patins 9, 10. Ici, pour faciliter la lecture, deux patins 9, 10 sont représentés. En variante, le nombre de patins est supérieur à deux. 15 Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3, les patins 9, 10 sont configurés en tubes, ou barres, fixés sur le montant 53, au niveau des angles de la nacelle 5 définis par le montant inférieur 53 et les montants verticaux 51, 52. En variante, les organes d'atterrissage sont montés sur des mats réglables permettant de régler la distance entre la nacelle 5 et l'organe d'atterrissage. 20 En variante les organes d'atterrissage ont une autre configuration que celles en patins. A titre d'exemples non limitatifs, ils sont équipés d'au moins deux roues, d'au moins deux flotteurs ou d'au moins deux skis. Ici, les patins 9, 10 sont fixés de manière permanente à la nacelle. En variante ils sont montés de façon amovible. La figure 3 illustre un autre mode de réalisation de l'invention. Ici le véhicule 25 aérien 100 ou drone est un véhicule aérien sans pilote de type hexacopter. En d'autres termes, des bras 101 reliés au corps 102 supporte chacun, à leur extrémité libre, un rotor 103. Le corps 102 supporte, sous les bras 101, divers organes nécessaires au vol du drone 100. Il s'agit, par exemple, des batteries 104 et d'une caméra 105. 9 En partie basse de la figure 3, une nacelle 106, conforme à un mode de réalisation de l'invention, est fixée au corps 102 par un arbre vertical rotatif 107. L'arbre 107 définit ainsi l'axe yaw Y. Ici, un plateau rectangulaire 108 est monté rotatif selon un axe latéral pitch P. cet 5 axe est matérialisé par les arbres motorisés 109, 110 reliant les petits côtés 111, 112 du plateau 108 à, respectivement, les montants verticaux 113, 114 de la nacelle 106. Comme dans le mode de la figure 1, la nacelle 106 est formée par un cadre rectangulaire équipé en partie basse de patins 115 constitutifs de l'organe d'atterrissage. Les patins 115 sont identiques et formés par deux tubes, ou barres, parallèles 10 disposés perpendiculairement à la longueur L du plateau 108, sous la barre inférieure 116 de la nacelle 106. De la sorte, on note que la position de l'organe d'atterrissage ne gêne en aucune manière les mouvements de la nacelle 106 selon l'axe Y, illustrés par la double flèche F106 ni les mouvements du plateau 108 selon l'axe P, représentés par la double flèche F108. 15 Ici, le plateau 108 est équipé, entre autres, d'une caméra 117 permettant à un utilisateur, qui peut être différent du pilote du drone 100, de suivre un objet ou un être vivant, que ce dernier soit immobile ou en déplacement. D'autre organes, par exemple de organes de transmission, de commande et/ou d'alimentation des arbres motorisés 109, 110 sont également présent sur le plateau 108. En effet, il est avantageux d'avoir 20 une gestion et une motorisation des arbres 109, 110 indépendants des autres organes de gestion et de motorisation de la nacelle 106. Cela permet de sécuriser le fonctionnement du plateau 108, tant par rapport aux mouvements du drone 100 que des mouvements de la nacelle 106. Avec une telle solution, le support des organes actifs, donc le plateau 6 ou 108 25 est mobile selon au moins deux axes, cela indépendamment du mouvement du drone 1 ou 100. Il est à noter que le mouvement du plateau 6 ou 108 selon un axe longitudinal roll R, donc un mouvement de roulis, n'est pas un mouvement indispensable pour l'utilisation des organes présent sur le plateau 6 ou 108, par exemple, lorsque ce dernier supporte une caméra 117. En effet, un tel mouvement peut, si besoin, être obtenu par une 10 inclinaison du vol du drone 1 ou 100. Il est à noter que, dans le cas de la présence d'une caméra 117 sur le plateau, les mouvements selon les axes Y et P sont suffisants pour obtenir une stabilité de la nacelle permettant le suivi d'un objet ou d'un être vivant lorsque le drone est en vol, même lorsque la cible est mobile. 5 De plus, une telle configuration dégage l'ensemble des faces de la nacelle. Il est ainsi possible de fixer un accessoire sur cette dernière, par exemple en partie arrière de la nacelle par rapport au sens de déplacement du drone. Un tel accessoire peut être une crosse pour supporter, de manière déportée, un organe tel qu'une autre caméra. Grâce à l'invention on peut équiper un véhicule aérien sans pilote d'une ou 10 plusieurs nacelles, REVENDICATIONS1.- Nacelle (5 ; 106) de véhicule aérien sans pilote (1 ; 100), ladite nacelle (5 ;106) supportant au moins un organe actif (7, 8 ; 117), adapté pour remplir au moins une des fonctions prédéfinies du véhicule aérien sans pilote (1 ; 100), ladite nacelle (5 ; 106) étant au moins mobile en rotation (F2 ; F106) autour d'un axe (Y), caractérisée en ce que la nacelle est adaptée (50, 6, 62 à 65 ; 108, 109, 110) pour assurer la mobilité (F2, F ; F1, F106, F108) des organes actifs (7, 8 ; 117), autour des seuls axes vertical (Y) et latéral (P) et en ce qu'elle comprend un organe d'atterrissage (9,10 ; 115). 2.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe latéral (P) dénommé pitch passe par l'organe d'atterrissage (9,10 ; 115). 3.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'atterrissage comprend au moins deux patins (9,10 ; 115). 4.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'atterrissage comprend au moins deux roues. 5.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'atterrissage comprend au moins deux skis. 6.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'atterrissage comprend au moins deux flotteurs. 7.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un support (6 ; 108) d'au moins un organe actif, mobile au moins en rotation (F ; F108) autour d'un axe longitudinal (P) parallèle à un montant (53 ; 116) de la nacelle (5 ; 106), ledit axe longitudinal étant confondu avec l'axe latéral pitch (P). 8.- Nacelle selon la revendication 7, caractérisée en ce que le support (6) du au moins un organe actif (7, 8) est mobile en translation (F1) selon une direction parallèle aux montants verticaux (52, 53) de la nacelle (5). 12 9.- Nacelle selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les mouvements du support (6 ; 108) sont réalisés indépendamment des mouvements de la nacelle (5 ; 106) et du véhicule aérien sans pilote (1 ; 100). 10.- Véhicule aérien sans pilote (1 ; 100) équipé d'au moins une nacelle (5 ; 106) 5 conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.