Brevet FR3083523A1 — publié le 20200110

Description Titre de l'invention : Alimentation en courant pour aéronef et aéronef correspondant [0001] La présente invention concerne un aéronef, en particulier un aéronef entièrement électrique capable de décoller et d'atterrir à la verticale ("vertical take-off and landing" - VTOL). L'invention concerne en outre une alimentation en courant correspondante. [0002] Par VTOL, on entend dans le jargon de la technique aérospatiale tout type d'aéronef, de drone ou de fusée qui a la capacité de décoller et (l'atterrir essentiellement à la verticale et sans piste de décollage et d'atterrissage. Dans ce qui suit, ce terme générique est utilisé dans un sens large qui inclut non seulement les aéronefs à ailes rigides à surfaces portantes, mais également des giravions comme des hélicoptères, des autogires et des girodynes ainsi que des hybrides tels que les hélicoptères combinés ainsi que les convertiplanes. Sont également inclus les aéronefs qui ont la capacité de décoller et d'atterrir sur des pistes particulièrement courts ("short take-off and landing" - STOL), de décoller sur de courtes pistes et d'atterrir à la verticale ("short take-off and vertical landing", STOVL) ou de décoller à la verticale niais d'atterrir à l'horizontale (" vertical take-off and horizontal landing", VTHL). [0003] Pendant la phase de décollage et d'atterrissage, le besoin en courant d'un VTOL est élevé. La batterie d'un VTOL entraîné à l'électricité selon l'état de la technique doit donc satisfaire à des exigences très élevées non seulement en termes de capacité niais également en ternies de densité de puissance. [0004] Lc document WO 2010/031384 A2 divulgue un procédé de décollage d'un drone au moyen d'une catapulte de décollage qui apporte l'énergie du décollage de telle sorte que tout d'abord la catapulte de décollage est orientée avant le décollage. La catapulte de décollage est recouverte d'une protection visuelle qui n'est enlevée qu'après l'orientation et immédiatement avant le décollage. [0005] Lc document DE 10 2016 219 473 Al concerne un drone destiné à être arrimé sur un véhicule. Le dronc comporte en l'occurrence un accumulateur d'énergie ainsi qu'un ensemble d'arrimage qui permet d'arrimer le dronc sur le véhicule. En outre, le drone comporte au moins une unité de communication qui permet la communication avec le véhicule et/ou avec un appareil externe d'un utilisateur du véhicule, ainsi qu'au moins une unité de détermination de position qui permet de détecter une position de l'utilisateur du véhicule. Le drone est en l'occurrence configuré pour, après un signal d'activation pouvant être prédéterminé qui peut être saisi par l'unité de communication, déterminer la position de l'utilisateur par l'intermédiaire de l'unité de détermination de position, pour se désarrimer du véhicule, pour se diriger vers l'utilisateur du véhicule 2 en correspondance à la position détectée et pour suivre automatiquement cc dernier. [0006] Le document DE 10 2007 003 458 Al décrit un dispositif d'alimentation automatique en énergie d'un petit aéronef alimenté par batterie. pour garantir une utilisation quasi ininterrompue de l'aéronef et éviter la présence permanente d'un opérateur. Dans ce but est prévue une plateforme d'atterrissage et de rechargement à laquelle est associé un magasin de batteries et en dessous de laquelle est prévu un dispositif de chargement. [0007] Pour résoudre le problème évoqué plus haut, une source d'énergie alternative est proposée, laquelle ne contribue pas au poids total de l'aéronef. Cette proposition est basée sur la découverte suivante : l'aéronef équipé d'une batterie de bord possède une niasse Mevuoi + MBatt et une surface de rotor A ev-roi . Pour la puissance Pcv 1 OL/Batt nécessaire pour le décollage, on a : - " eVa)1./BaLL 1 /( Pei- I evfoL J MBa eVTOT lt [0008] Lorsque la batterie est enlevée de l'aéronef, on a pour la puissance P, nu né- cessaire pour son décollage :Do 1 , if3 ->eVTOL7 A (*TOI. eVTOL - 100091 Une batterie possédant ses propres rotors aurait une masse MBatt Movérheaci et une surface de rotor A Bau. Pour la puissance nécessaire au décollage, on a dans ce cas :p \ 3 Ban - A Bau - Mlbit overhead ) [0010] Lorsque l'équation ci-dessous est vérifiée, la puissance globalement nécessaire pour la sustentation est réduite de sorte qu'un VTOL entraîné électriquement auquel est accouplée une batterie de vol autonome serait avantageux : A eVIDE. + A Bath MeV101. + MBatt + Aloverhead \ 3 A eVTOL (MeVTOL MBall f 100111 L'invention propose donc un aéronef et en particulier un aéronef entièrement électrique, capable, au sens indiqué plus haut, de décoller et d'atterrir à la verticale, ainsi qu'une alimentation en courant pour un tel aéronef. 100121 L'invention a pour objet une alimentation en courant pour un aéronef, caractérisée par les caractéristiques suivantes : l'alimentation en courant comprend un drone pouvant voler doté de rotors, d'un convertisseur de tension continue, d'une batterie destinée à entraîner les rotors et d'un dispositif de verrouillage destiné à assurer une liaison enfichable entre le drone et l'aéronef, le drone est réalisé pour assurer la liaison enfichable au moyen du dispositif de verrouillage jusqu'à ce que l'aéronef atteigne une altitude de vol prédéterminée et l'alimentation en courant est configurée de telle sorte que la batterie alimente 3 l'aéronef en courant au moyen du convertisseur de tension continue tant que la liaison enfichable est maintenue. [0013] Cette alimentation en courant est encore caractérisée en ce que : le drone est en outre réalisé pour revenir automatiquement à proximité du sol lorsque l'altitude de vol est atteinte ; et le drone est en outre réalisé pour établir une liaison de communication avec l'aéronef en vue de régler un comportement de vol commun. [0014] L'invention a encore pour objet un aéronef présentant une alimentation en courant selon l'invention et un entraînement entièrement électrique. [0015] Cet aéronef est encore caractérisé en cc que : l'aéronef comprend des surfaces portantes rabattues ou rabattables ; l'aéronef comprend un système de batterie à recharge rapide ; l'aéronef comprend des hélices carénées fixes à l'horizontale pour le décollage et l'atterrissage ; l'aéronef présente des lamelles et les hélices carénées horizontales peuvent être recouvertes sélectivement par les lamelles ; l'aéronef comprend des hélices carénées fixes à la verticale pour générer une propulsion ; et l'aéronef peut être commandé sélectivement de manière entièrement autonome. [0016] Ainsi, l'aéronef peut par exemple être équipé de surfaces portantes rabattues ou même rabattables sélectivement. Une variante appropriée augmente la surface alaire active en vol horizontal, sans pour autant augmenter la surface au sol de l'aéronef [0017] En outre, l'aéronef peut disposer d'un système de batterie à recharge rapide qui délivre l'énergie d'entraînement pour le décollage et l'atterrissage à la verticale ainsi que pour le vol horizontal, et qui permet une recharge rapide de l'aéronef à l'arrêt. [0018] Pour entraîner l'aéronef, au lieu de rotors à déplacement libre, on peut en l'occurrence utiliser plusieurs hélices carénées ("dueted fans") également de différentes tailles, connues hors du domaine de la technique aérienne, par exemple pour les aéroglisseurs ou les hydroglisseurs. Dans un tel mode de réalisation, la carène cylindrique qui entoure l'hélice peut réduire considérablement les pertes de poussée provoquées par les tourbillons à la pointe des pales. Des hélices carénées appropriées peuvent être orientées à l'horizontale ou à la verticale, être réalisées avec une possibilité de pivotement entre les deux positions ou, pour des raisons aérodynamiques, être recouvertes en vol horizontal par des lamelles ("louvers"). De plus, on peut imaginer de créer une poussée purement horizontale au moyen d'hélices carénées fixes. [0019] Enfin, en plus d'un fonctionnement de préférence entièrement autonome de l'aéronef, dans le cas d'une qualification suffisante, on peut également envisager de confier au contrôle manuel au pilote humain, ce qui confère à l'ensemble selon l'invention la plus grande flexibilité de manipulation possible. [0020] Un exemple de réalisation de l'invention est représenté dans les dessins et va maintenant être décrit plus en détail. [0021] [fig.1] rcprésentc le décollage d'un aéronef selon l'invention. [0022] [fig.2] rcprésentc l'aéronef avant son passage en vol de croisière. [0023] Les figures 1 et 2 représentent conjointement les caractéristiques de construction et de fonctionnement d'un mode de réalisation préféré de l'aéronef 10 selon l'invention. [0024] Pendant le décollage représenté dans la figure 1, les systèmes de rotor 11, 13 accordés l'un à l'autre au moyen d'une liaison de communication 18 entre l'aéronef 10 et le drone 12 assurent conjointement la sustentation. L'aéronef 10 est ici l'appareil maître ("master") et le dronc 12 équipé de sa propre batterie 15 l'appareil suiveur (" slave"). Les deux batteries 15 sont raccordées l'une à l'autre et alimentent à la fois l'aéronef 10 et les rotors 13 du dronc 12. Un convertisseur de tension continue (" DC1O-DC couverte r") 14 embarqué sur le dronc 12 assure que les tensions sont conformes et commande le flux d'énergie. [0025] Lorsque la hauteur de transition est atteinte, le dronc 12 à batterie autonome est libéré et revient vers le sol. L'aéronef 10 poursuit alors le vol exclusivement avec sa propre batterie de bord 15. [0026] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et re- présentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. [Revendication 1]