Brevet FR3092543A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : Véhicule *à' coussin de fluide à chambre de suspension et chambre de sustentation séparées [0001] La présente invention relève du domaine des véhicules circulant au-dessus d'un support par sustentation par coussins de fluide, ces véhicules sont destinés au transport à grande vitesse de passager et, ou le transport de marchandises. [0002] La sustentation est assurée au moyen d'un ensemble de coussins de fluide, ces coussins de fluide permettent (le faire léviter un véhicule au-dessus (l'un support, ce support étant de préférence une surface plane. [0003] Afin d'assurer des critères de confort et de sécurité, la fonction principale de lé- vitation est accompagnée par deux fonctions solidaires, une fonction de suspension et une fonction d'amortissement. [0004] Un tel véhicule s'apparente plus particulièrement au domaine des sustentations aé- rauliques. L'aéraulique désigne la science qui étudie l'écoulement de fluide non comprimé dans les conduits et qui s'applique à la ventilation, au conditionnement de fluide, au dépoussiérage, au séchage et au transport pneumatique. [0005] Les coussins de fluide fonctionnent grâce à un phénomène aérodynamique appelé « effet de sol », cc phénomène consiste à générer une portance d'un véhicule, la portance étant la composante de la force subie par un corps en mouvement dans un fluide qui s'exerce perpendiculairement à la direction du mouvement, cette composante permettant ainsi de surélever le véhicule au-dessus de son support. [0006] Dans la présente invention la portance est générée grâce à une zone de fluide surpresséc comprise entre une surface inférieure du véhicule et son support. [0007] Les coussins de fluide permettent à un véhicule de s'affranchir de toute architecture mécanique d'un véhicule traditionnel tel qu'un train comprenant des bogies qui sont des chariots situés sous le train, et sur lesquels sont fixés des essieux et des roues, toute cette architecture mécanique engendre des inconvénients tel qu'un volume occupé important, des nuisances sonores non négligeables engendrées par son fonctionnement, une masse élevée à supporter et à déplacer. [0008] Ainsi, les coussins de fluide permettent de s'affranchir des frottements engendrés entre l'architecture mécanique des trains traditionnels citée précédemment et le support d'un véhicule à coussins de fluide. L'absence de ces frottements permet de mouvoir un véhicule à une vitesse élevée plus facilement, en demandant moins d'énergie. [0009] Enfin, les coussins de fluide permettent de garantir l'économie d'importants rejets de particules fines dus à l'usure des composants d'une architecture mécanique de train traditionnel. 2 [0010] Le document US 5460098 décrit un système de transport terrestre comprenant un véhicule à coussin de fluide, ce véhicule comprend des ouvertures d'admission de fluide et des ouvertures d'évacuation de fluide dans tout le véhicule pour créer un coussin de fluide entre le dessous du véhicule et un support au-dessus duquel le véhicule circule, le système comprend également un moyen de compression de fluide et d'acheminement de fluide sous pression à une chambre de sustentation. [0011] Cette solution permet une sustentation satisfaisante d'un véhicule au-dessus de son support cependant elle ne permet pas d'anticiper des éventuels problèmes de sustentation liés à l'arrêt ou le disfonctionnement du moyen de compression de fluide et d'acheminement de fluide à la chambre de sustentation. En effet, si la sustentation venait à s'arrêter le véhicule ne serait alors plus capable de circuler en lévitation au-dessus de son support. [0012] Une autre solution, décrite dans le document FR 2301422, présente un véhicule à coussins de fluide circulant au-dessus d'un support par sustentation, cette sustentation étant assurée par un ensemble de coussins de fluide, délimités par un ensemble de jupes souples. [0013] Les coussins de fluide de cette solution présentent une chambre de diffusion dans laquelle du fluide sous pression est acheminé au moyen d'au moins un ventilateur, ce ventilateur permet d'alimenter plusieurs coussins de fluide, le véhicule peut comprendre plusieurs ventilateurs pour alimenter plusieurs régions de coussins de fluide en même temps. [0014] Ce fluide sous pression s'écoule ensuite dans un coussin central, celui-ci permet au véhicule de léviter au-dessus de son support, une série d'ouvertures primaires permet l'écoulement de fluide sous pression de la chambre de diffusion au coussin central. [0015] Chaque coussin de fluide présente une jupe fermée et alimentée en fluide sous pression depuis la chambre de diffusion par un ventilateur et grâce à une ouverture secondaire, l'ensemble des jupes fermées permet de contrôler constamment l'assiette du véhicule efficacement en modifiant la pression des différentes chambres et jupes fermées, en réglant le régime et, ou le pas des ventilateurs. [0016] Cette solution permet d'anticiper les éventuelles pannes énoncées ci-dessus et concernant l'invention décrite dans le document US 5460098 car elle comprend plusieurs ventilateurs, notamment deux ventilateurs pour gérer l'alimentation en fluide sous pression, un ventilateur alimentant un côté du véhicule et un second ventilateur alimentant un autre côté du véhicule. [0017] Cette solution apporte des solutions aux problèmes précités mais ces solutions sont limitées car le nombre de ventilateurs utilisés est trop faible par rapport au nombre de coussins de fluide, une défaillance, même d'un unique ventilateur, serait difficile à gérer, en effet, le contrôle de l'assiette du véhicule serait difficile à gérer des deux 3 côtés du véhicule avec un unique ventilateur. [0018] Cette solution requiert également l'utilisation de ventilateurs de grande taille, capable d'assurer l'approvisionnement en fluide sous pression pour l'ensemble des coussins de fluide, ainsi, un espace aux dimensions non négligeables est requis dans le véhicule pour disposer deux ventilateurs. [0019] Un premier objectif de l'invention est d'apporter une solution efficace à un véhicule à coussins de fluide circulant au-dessus d'un support pour anticiper les potentielles défaillances d'alimentation en fluide sous pression. [0020] Un deuxième objectif de l'invention est d'apporter une solution compacte à un véhicule à coussin de fluide circulant au-dessus d'un support pour alimenter plusieurs coussins de fluide à la fois. [0021] Un troisième objectif de l'invention est d'apporter à un véhicule à coussins de fluide circulant au-dessus d'un support une garde au sol réglable et une hauteur de vol réglable. [0022] Un quatrième objectif de l'invention est de minimiser les pertes de charges et les fuites dans les coussins de fluide. [0023] Un cinquième objectif de l'invention est de renforcer la stabilité dynamique des coussins de fluide à grande Vitesse. [0024] A cet effet, il est proposé, un véhicule à coussins de fluide circulant au-dessus d'un support par sustentation, cette sustentation étant assurée par au moins deux dispositifs de sustentation muni chacun d'un coussin de fluide, ces coussins de fluide comprennent chacun une chambre centrale, une chambre de suspension et une chambre de sustentation, les chambres de suspension et sustentation sont alimentées séparément en fluide sous pression, chaque dispositif de sustentation comprenant un moyen d'approvisionnement de fluide primaire pour alimenter la chambre de suspension par un conduit primaire et un moyen d'approvisionnement de fluide secondaire pour alimenter la chambre de sustentation par un conduit secondaire. [0025] L'alimentation de la chambre de suspension et de la chambre de sustentation par des moyens d'approvisionnement de fluide séparés permet d'obtenir un rendement énergétique amélioré grâce à la réduction des pertes de charges et fuites dans les coussins de fluide. [0026] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en com- binaison : - le véhicule comprend au total quatre dispositifs de sustentation, - le véhicule comprend au total six dispositifs de sustentation, - le véhicule comprend au total huit dispositifs de sustentation, - le moyen d'approvisionnement de fluide primaire est une pompe centrifugeuse, - le moyen d'approvisionnement de fluide secondaire est composé d'un compresseur de fluide et d'un réservoir, - les dispositifs de sustentation comprennent un pluralité de moyens d'articulation, - les moyens d'articulation sont composés de bielles et d'amortisseurs. [0027] D'autres objets et avantages de l'invention apparaitront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, fait ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : [0028] [fig.1] est une vue en perspective d'un véhicule équipé de plusieurs dispositifs de sus- tentation. [0029] [fig.2] est une vue en perspective éclatée d'un dispositif de sustentation. [0030] [fig.3] est une vue en coupe d'un coussin de fluide selon le plan TI-H. [0031] [fig.4] est une vue en coupe d'un dispositif de sustentation selon le plan III-HI. [0032] On a représenté, de manière schématique, sur la figure 1, un véhicule 1 (en trait pointillé), disposé au-dessus d'un support 2. [0033] On définit par rapport au véhicule 1 un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes perpendiculaires deux à deux, à savoir : - un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, confondue avec la direction générale de déplacement du véhicule, - un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec l'axe X définit un plan XY horizontal, - un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal. [0034] Dans la suite de la description, et en référence au repère défini ci-dessus, les termes «longitudinal» ou «longitudinalement» font référence à une direction confondue avec l'axe X, les termes «transversal» ou «transversalement» font référence à une direction confondue avec l'axe Y, et les termes «vertical» ou «verticalement» font référence à une direction confondue avec l'axe Z. [0035] Dans la présente invention le support 2 est un rail présentant en section transversale un « T » inversé. Le rail présente une section 3 horizontale s'étendant longitudinalement, et une section 4 verticale s'étendant verticalement depuis le centre de la section 3 horizontale. [0036] Le véhicule 1 présente une ouverture 5 présentant en section transversale un profil identique à la forme de la section 4 verticale, de sorte à ce que le véhicule 1 soit symétrique par rapport à la section 4 verticale et forme une section 6 primaire et une section 7 secondaire, ces sections 6, 7 étant disposées de part et d'autre de la section 4 verticale. [0037] Pour permettre au véhicule 1 de se déplacer au-dessus de son support 2, il comprend une pluralité de dispositif 8 de sustentation alignés les uns derrière les autres longitudinalement en deux rangées 9, 10, une rangée 9 primaire se trouvant du côté de la section 6 primaire et une rangée 10 secondaire se trouvant du côté de la section 7 secondaire. [0038] Les rangées 9, 10 se trouvent au-dessus de la section 3 horizontale et à proximité de la section 4 verticale. [0039] Dans la présente invention le véhicule 1 comprend huit dispositifs 8 de sustentation repartis en deux rangées 9, 10 de quatre dispositifs 8 de sustentation chacune mais il pourrait comprendre moins de dispositif 8 de sustentation, par exemple quatre ou six dispositifs 8 de sustentation. [0040] Le véhicule 1 ne peut cependant pas comprendre uniquement deux dispositifs 8 de sustentation disposés respectivement dans la section 6 primaire et la section 7 secondaire, si l'un des deux dispositifs 8 de sustentation venait à ne plus fonctionner le véhicule 1 serait complètement déstabilisé d'un côté et serait directement en contact du support 2. Les dispositifs 8 de sustentation sont solidaires du véhicule 1, plus particulièrement de son bâti. [0041] Le véhicule 1 comprend un calculateur 11 qui, couplé à un ensemble de capteurs, tels que, par exemple, un capteur de hauteur de vol, un capteur de pression, permet de gérer le fonctionnement des dispositifs 8 de sustentation et adapter leur fonctionnement de façon optimale. [0042] Tel qu'illustré sur la figure 2, le dispositif 8 de sustentation comprend un coussin 12 de fluide, celui-ci permet d'assurer les fonctions de lévitation et suspension du véhicule 1. [0043] Le dispositif 8 de sustentation comprend un moyen 13 d'approvisionnement de fluide primaire, celui-ci alimente le coussin 12 de fluide et assure la fonction de sustentation. [0044] Dans la présente invention le moyen 13 d'approvisionnement de fluide primaire est une pompe 14 centrifugeuse. [0045] La pompe 14 centrifugeuse est composée d'un corps 15 creux de forme cylindrique comprenant en son centre un orifice 16 traversant intégralement le corps 15 creux transversalement, de deux tubes 17, 18, un tube 17 d'admission de fluide et un tube 18 d'échappement de fluide, le tube 17 d'admission de fluide s'étendant transversalement depuis le corps 15 creux et étant coaxial avec l'orifice 16, tandis que le tube 18 d'échappement de fluide s'étend verticalement depuis le corps 15 creux. [0046] La pompe 14 centrifugeuse comprend également une roue 19 à aubes montée en rotation avec un arbre 20 lui-même monté en rotation avec un moteur 21, plus particulièrement avec son axe. Ce moteur 21 permettant d'actionner la rotation de la roue 19 à l'intérieur du corps 15 creux, comme l'indique la flèche noire. [0047] La rotation des aubes de la roue 19 entraine l'aspiration de fluide au travers de l'orifice 16, comme le montre la flèche noire transversale, notamment grâce de 6 l'orientation des aubes qui repoussent le fluide lors de leur rotation, cet écoulement de fluide s'accélère dans la roue 19 à cause de la force centrifuge générée par la rotation de la roue 19, il se dirige ensuite vers le tube 18 d'échappement de fluide. [0048] Le tube 18 d'échappement de fluide est connecté à un conduit 22 primaire, celui-ci permet d'acheminer le fluide provenant de la pompe 14 centrifugeuse au coussin 12 de fluide, comme le montre la flèche noire vertical. [0049] Le dispositif 8 de sustentation comprend un moyen 23 d'approvisionnement de fluide secondaire, celui-ci alimente le coussin 12 de fluide et assure la fonction de suspension. [0050] Dans la présente invention le moyen 23 d'approvisionnement dc fluide secondaire est un compresseur 24 de fluide, celui-ci étant alimenté en fluide par un réservoir 25. [0051] Le compresseur 24 dc fluide alimente le coussin 12 de fluide au moyen d'un conduit 26 secondaire et le fluide s'écoule au travers de cc conduit 26 secondaire pour atteindre le coussin 12 de fluide, comme le montre la flèche en pointillée. [0052] Le conduit 22 primaire et le conduit 26 secondaire sont tous deux directement reliés au coussin 12 de fluide, ainsi, la fonction d'alimentation en fluide pour la sustentation et la suspension du véhicule 1 est bien assurée. [0053] Tel qu'illustré sur la figure 3, le dispositif 8 de sustentation comprend le coussin 12 de fluide disposé au-dessus du support 2, il est composé d'un plateau 27 inférieur sur lequel est disposé une gaine 28 qui prend la forme d'un tore à section rectangulaire. [0054] Le plateau 27 inférieur présente en vue de haut une forme rectangulaire arrondie à ses extrémités, comme on peut le voir sur la figure 2. [0055] Cette gaine 28 présente en section transversale trois espaces, une chambre 29 de suspension séparée en deux cavités 30, 31, une cavité 30 primaire et une cavité 31 secondaire, et une chambre 32 centrale correspondant à l'espace vide de la forme de tore à section rectangulaire. [0056] La chambre 32 centrale est cloisonnée au moyen d'un plateau 33 supérieur disposé sur une face 34 supérieure primaire de la cavité 30 primaire et une face 35 supérieure secondaire de la cavité 31 secondaire, ce plateau 33 supérieur s'étendant longitudinalement et transversalement de la même longueur que le plateau 27 inférieur, et ce plateau 33 supérieur présentant en vue de dessus une forme identique au plateau 27 inférieur, comme on peut le voir sur la figure 2. [0057] Dans la présente invention la gaine 28 s'étend longitudinalement et transversalement d'une longueur inférieure au plateau 27 inférieur et au plateau 33 supérieur, de sorte à créer un espace 36 d'amortissement. [0058] Selon un mode de réalisation, la gaine 28 pourrait présenter une longueur longi- tudinale et transversale identique au plateau 27 inférieur et au plateau 33 supérieur, ainsi, l'espace 36 d'amortissement n'existerait pas. 7 [0059] Le coussin 12 de fluide comprend une pluralité de moyens 37 d'articulation, ils permettent d'assurer l'articulation et l'amortissement entre le plateau 27 inférieur et le plateau 33 supérieur lorsque l'orientation du véhicule 1 change, par exemple dans la courbure d'un virage. [0060] Dans la présente invention les moyens 37 d'articulation sont composés d'une pluralité d'ensembles comprenant des bielles 38 et des amortisseurs 39 mais il pourrait en être autrement. [0061] Le plateau 27 inférieur comprend un rabat 40 s'étendant verticalement depuis une face 41 inférieure du plateau 27 inférieur, à proximité d'un bord 42 du plateau 27 inférieur et sur l'intégralité du contour du plateau 27 inférieur, de sorte à former une boucle fermée et une chambre 43 de sustentation. Cette chambre 43 de sustentation est ouverte par le dessous. [0062] Le rabat 40 comprend un creux 44 s'étendant sur toute la longueur du rabat 40 apte à recevoir une lèvre 45 de confinement. Cette lèvre 45 de confinement présente une forme identique au rabat 40 mais sa longueur est supérieure à celle-ci, de sorte à dépasser du creux 44 d'une certaine longueur. [0063] La gaine 28 et la lèvre 45 de confinement sont réalisées à partir d'un matériau flexible, comme par exemple le polychlorure de vinyle flexible, de sorte à pouvoir se déformer facilement. [0064] La gaine 28 comprend une pluralité de trous 46 traversant la face 34 supérieure primaire et la face 35 supérieure secondaire, et le plateau 33 supérieur comprend une pluralité de perçages 47 dont les axes coïncident avec les axes des trous 46. [0065] La combinaison des trous 46 et perçages 47 permet d'approvisionner la chambre 29 de suspension et plus particulièrement la cavité 30 primaire et la cavité 31 secondaire en fluide sous pression provenant directement du compresseur 24 de fluide et ayant traversé le conduit 26 secondaire, comme le montrent les flèches noires verticales. [0066] Dans la présente invention, le gaine 28 et le plateau 33 supérieur comprennent res- pectivement quatre trous 46 et quatre perçages 47 mais il pourrait en être autrement, la gaine 28 et le plateau 33 supérieur pourraient comprendre respectivement moins ou d'avantage de trous 46 et de perçages 47. [0067] La variation de pression dans la chambre 29 de suspension permet d'absorber les dé- battements du véhicule 1. [0068] Le plateau 33 supérieur et le plateau 27 inférieur comprennent respectivement plusieurs ouvertures 48 primaires et plusieurs ouvertures 49 secondaires, ces ouvertures 48, 49 sont pratiquées au centre du plateau 33 supérieur et au centre du plateau 27 inférieur, elles sont reparties longitudinalement, les axes respectifs des ouvertures 48 primaires et de des ouvertures 49 secondaires étant coïncidents. [0069] Les ouvertures 48, 49 permettent d'acheminer le fluide sous pression provenant de la 8 pompe 14 centrifugeuse et ayant traversé le conduit 22 primaire à la chambre 32 centrale, comme le montre la flèche en pointillée verticale. [0070] La chambre 32 centrale permet de diffuser le fluide uniformément dans la chambre 43 de sustentation. [0071] Comme on peut le voir sur la figure 4, le plateau 27 inférieur et le plateau 33 supérieur comprennent une pluralité de perforations 50, elles permettent de solidariser le plateau 33 supérieur au bâti du véhicule 1 par un quelconque moyen de fixation. [0072] Les perforations 50 du plateau 33 supérieur permettent également de fixer la gaine 28 au plateau 33 supérieur, et les perforations 50 du plateau 27 inférieur permettent de fixer la gaine 28 au plateau 27 inférieur. [0073] Le fluide présent dans la chambre 32 centrale passe ensuite à la chambre 43 de sus- tentation en traversant les ouvertures 49 secondaires. [0074] La chambre 43 de sustentation se remplit de fluide et une partie de cc fluide s'échappe par la lèvre 45 de confinement, comme le montrent les flèches noires de la figure 3, la lèvre 45 étant flexible, elle se plie pour laisser passer du fluide. [0075] La variation de pression dans la chambre 43 de sustentation permet de créer une portance positive du véhicule 1 au-dessus de son support 2 et ainsi de surélever celui-ci à une distance prédéterminée du support 2, un distance égale à deux millimètres par exemple. [0076] Les coussins 12 de fluide comprennent trois fonctions distinctes, la sustentation du véhicule 1 au-dessus de son support 2, la suspension du véhicule 1, l'articulation et l'amortissement du véhicule 1. [0077] La fonction de sustentation du véhicule 1 au-dessus de son support 2 est réalisée de la façon suivante. [0078] La pompe 14 centrifugeuse aspire du fluide pour l'injecter sous pression dans le coussin 12 de fluide au travers du conduit 22 primaire. Le fluide sous pression traverse la chambre 32 centrale, celle-ci diffuse ensuite uniformément le fluide dans la chambre 43 de sustentation. La chambre 43 de sustentation se remplit alors de fluide sous pression et créé alors une portance du véhicule 1 au-dessus de son support 2, une partie du fluide contenu dans la chambre 43 de sustentation s'échappe par la lèvre 45 de confinement. [0079] La fonction de suspension du véhicule 1 au-dessus de son support 2 est réalisée de la façon suivante. [0080] Le compresseur 24 de fluide injecte du fluide sous pression en passant par le réservoir 25 puis le conduit 26 secondaire au coussin 12 de fluide. Le fluide sous pression s'écoule dans la chambre 29 de suspension, celle-ci se remplit et gonfle pour former un ressort pneumatique. [0081] Les fonctions d'articulation et d'amortissement du véhicule 1 sont assurées grâce aux 9 moyens 37 d'articulation repartis dans tout l'espace 36 d'amortissement. Ces deux fonctions fonctionnent comme suit. [0082] Le véhicule 1 et plus particulièrement le plateau 33 supérieur peut s'orienter selon trois degrés de liberté, en effet, selon l'orientation et de la voie empruntée par le véhicule 1 celui-ci va suivre cette orientation et cette inclinaison. [0083] Ainsi, le plateau 33 supérieur peut pivoter sur son axe longitudinal et son axe transversal, et il peut se translater suivant son axe vertical. [0084] Lorsque l'une de ces rotations se produit, les bielles 38 permettent l'articulation du plateau 33 supérieur tandis que les amortisseurs 39 permettent d'amoindrir le choc d'un débattement et assurent un confort de tenue de route optimal pour les passagers du véhicule 1. [0085] Le dispositif 8 de sustentation décrit ci-dessus présente les avantages suivants. [0086] La séparation de l'approvisionnement en fluide des chambre 29 de suspension et chambre 43 de sustentation permet d'obtenir un rendement énergétique amélioré grâce à la réduction des pertes de charges et fuites dans les coussins 12 de fluide. [0087] Cette séparation permet un contrôle de la suspension du véhicule 1 optimal. [0088] Cette séparation permet enfin d'utiliser des moyens 13 d'approvisionnement de fluide primaires et des moyens 23 d'approvisionnement de fluide secondaires de taille réduite par rapport à l'utilisation d'un moyen d'approvisionnement en fluide unique pour assurer la suspension et la sustentation du véhicule 1. 10