Brevet FR3111117A1 — publié le 20211210

Aérostat destiné à réaliser des missions de transport d’une charge utile La présente invention se rapporte à un aérostat (1) comprenant : - Un corps gonflable (2) de forme cylindrique comprenant un premier pôle (22) et un deuxième pôle (24), - Une voile triangulaire (4), agencée sous le corps gonflable, et comprenant un premier sommet (42) et un deuxième sommet (44) de sorte qu’un premier côté (46) de la voile s’étende au contact du corps gonflable du corps gonflable, la voile comprenant un troisième sommet (48) libre, sur lequel est fixé une charge utile (5), - Un dispositif d’attache (7) comprenant un premier brin (70) et un deuxième brin (72), le dispositif d’attache étant relié à un câble (6) configuré pour maintenir l’aérostat relié à une surface de la planète à atmosphère. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Aérostat destiné à réaliser des missions de transport d’une charge utile. La présente invention se rapporte aux aérostats destinés à réaliser des missions de transport d’une charge utile sur une planète à atmosphère. Un aérostat est un aéronef plus léger que l’atmosphère configuré pour évoluer entre une surface d’une planète à atmosphère et une altitude prédéterminée dans l’atmosphère. Les aérostats peuvent être utilisés pour des missions variées comme des missions d’observation par exemple. On connait de l’art antérieur différents types d’aérostat tels que les aérostats captifs qui sont destinés à réaliser des missions en restant maintenus sur un point fixe de la surface de la planète ou les aérostats dérivants qui sont destinés à réaliser des missions en étant mobile sur la surface de la planète. Les aérostats comprennent généralement un corps gonflable rempli d’un gaz qui permet à l’aérostat d’évoluer dans l’atmosphère et peuvent être dotés de dérives rigides qui assurent une stabilité de l’aérostat. Un inconvénient des aérostats de l’art antérieur est la difficulté d’utilisation et de fabrication dû notamment à ces dérives. Il existe donc un besoin de simplifier les aérostats de l’art antérieur. A cet effet et selon un aspect l’invention se rapport à un aérostat destiné à réaliser des missions de transport d’une charge utile sur une planète à atmosphère, l’aérostat comprenant : Un corps gonflable de forme cylindrique conçu pour être pressurisé par un gaz plus léger que l’atmosphère, comprenant un premier pôle et un deuxième pôle, Une voile triangulaire, agencée sous le corps gonflable, comprenant un premier sommet relié à une première extrémité d’une génératrice du corps gonflable et un deuxième sommet relié à une deuxième extrémité de la génératrice du corps gonflable de sorte qu’un premier côté de la voile triangulaire s’étende au contact du corps gonflable depuis la première extrémité jusqu’à la deuxième extrémité de la génératrice du corps gonflable, la voile triangulaire comprenant un troisième sommet libre sur lequel est fixé une charge utile, Un dispositif d’attache comprenant un premier brin relié à la première extrémité de la génératrice du corps gonflable et un deuxième brin relié à la deuxième extrémité de la génératrice du corps gonflable, le dispositif d’attache étant relié à un câble configuré pour maintenir l’aérostat relié à une surface de la planète à atmosphère. Ainsi, grâce à l’aérostat selon l’invention comprenant la voile, on s’affranchit des dérives de l’art antérieur et de leur montage sur l’aérostat ce qui permet de faciliter son utilisation et de réduire le poids de l’aérostat. Une mise en opération de l’aérostat peut être immédiate après gonflage du corps gonflable. En outre, l’aérostat ne comprend pas de parties rigides hormis la charge utile, ce qui présente moins de danger en cas de rencontre avec une embarcation par exemple. Grâce à la forme cylindrique du corps gonflable, la fabrication de l’aérostat est simplifiée, la stabilité du corps gonflable est améliorée en vol et la prise au vent est maximisée. Selon d’autres caractéristiques de l’invention, l’aérostat de l’invention comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou selon toutes les combinaisons possibles. Selon un mode de réalisation, l’aérostat comprend un câble élastique agencé dans le corps gonflable, le câble élastique comprenant une première extrémité reliée au centre du premier pôle du corps gonflable et une deuxième extrémité reliée au centre du deuxième pôle du corps gonflable. Selon un mode de réalisation, le premier brin et le deuxième brin du dispositif d’attache sont modulables en longueur. Selon un mode de réalisation, l’aérostat comprend un dispositif motorisé configuré pour moduler la longueur du premier brin et/ou du deuxième brin du dispositif d’attache. Selon un mode de réalisation, le dispositif motorisé comprend un servomoteur. Selon un mode de réalisation, l’aérostat comprend des moyens de commande à distance. Selon un mode de réalisation, l’aérostat comprend un module de commande à distance configuré pour moduler la longueur du premier brin et/ou du deuxième brin. La figure 1 illustre un aérostat selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 2 représente une vue de côté de l’aérostat selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 3 illustre une vue du dessus de l’aérostat selon un mode de réalisation de l’invention. La figure 4 représente une vue du dessus de l’aérostat en fonctionnement selon un mode de réalisation de l’invention. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description nullement limitative qui suit et des figures annexées qui illustrent de manière schématique plusieurs modes de réalisation de l’aérostat selon l’invention. Par souci de simplification, les éléments identiques sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures. La figure 1 illustre un aérostat 1 destiné à réaliser des missions de transport d’une charge utile sur une planète à atmosphère selon l’invention. L’aérostat comprend un corps fermé gonflable 2 dit ballon porteur. Le corps gonflable est destiné à contenir un gaz plus léger que le gaz présent dans l’atmosphère de la planète, tel que de l’hélium. Le corps gonflable est ainsi configuré pour évoluer entre une surface « S » de la planète à atmosphère et une altitude prédéterminée dans l’atmosphère. Par surface on entend toute surface de la planète telle que l’eau (les mers, les océans) ou la terre (tels que les glaciers par exemple). Par altitude prédéterminée on entend une altitude choisie en amont d’une mise en opération de l’aérostat et à laquelle l’aérostat est destiné à évoluer par rapport à la surface de la terre. Le corps gonflable 2 est de forme cylindrique. Le corps comprend ainsi une première base dite premier pôle 22, une deuxième base opposée dite deuxième pôle 24 et une surface cylindrique 26 agencée entre les deux pôles. La forme cylindrique du corps gonflable permet d’en faciliter sa fabrication et d’en réduire les coûts par rapport aux formes profilées des aérostats de l’art antérieur (sphériques ou en goutte d’eau par exemple). En effet, il suffit de souder des rouleaux du matériau le long de leurs longueurs et de fermer les extrémités de sorte à former le premier pôle 22 et le deuxième pôle 24. Le corps gonflable cylindrique 2 est configuré pour flotter horizontalement par rapport à la surface de la planète dans l’atmosphère. Cette configuration permet en outre d’offrir la meilleure prise au vent pour l’aérostat. Comme l’illustre la figure 2, l’aérostat peut comprendre un câble élastique 3 agencé dans le corps gonflable. Le câble élastique comprend une première extrémité (non visible) reliée au centre du premier pôle 22 du corps gonflable 2 et une deuxième extrémité reliée au centre du deuxième pôle 24 du corps gonflable 2. Ainsi le câble élastique 3 s’étend en tension dans le corps gonflable cylindrique 2, entre le premier pôle 22 et le deuxième pôle 24. En d’autres termes, les deux pôles 22, 24 du corps gonflable 2 sont reliés à l’intérieur du corps gonflable par le câble élastique 3 en tension qui maintient le corps gonflable 2 tendu au gré des variations de pressions, ou de la perte de gaz par diffusion à travers le corps gonflable. Le câble élastique 3 permet de reprendre et d’accepter les variations de volume en variant sa tension en cas de baisse de la pression atmosphérique par exemple. L’aérostat comprend une voile triangulaire 4 qui est accolée au corps gonflable 2 le long d’une de ses génératrices. En pratique, la voile triangulaire 4 est agencée sous le corps gonflable 2. Par l’expression « agencée sous le corps gonflable » on entend que la voile est configurée pour être agencée sur une surface du corps gonflable disposée en regard de la surface de la planète lorsque l’aérostat est mis en opération et élevé dans l’atmosphère. La voile triangulaire 4 comprend un premier sommet 42 relié à une première extrémité d’une génératrice 260 du corps gonflable 2 cylindrique et un deuxième sommet 44 relié à une deuxième extrémité de la génératrice 260 du corps gonflable 2 cylindrique, opposée à la première extrémité de la génératrice 260. Un premier côté de la voile 46, agencé entre le premier sommet 42 et le deuxième sommet 44, s’étend au contact du corps gonflable 2 depuis la première extrémité jusqu’à la deuxième extrémité de la génératrice 260 du corps gonflable 2. La voile triangulaire comprend un troisième sommet 48, libre, opposé au premier côté 46 de la voile au contact du corps gonflable 2 sur lequel est directement fixée une charge utile 5. Ainsi le troisième sommet 48 de la voile 4 permet de suspendre la charge utile 5. Par sommet libre, on entend que le troisième sommet 48 de la voile triangulaire n’est pas relié à une autre entité que la charge utile. Cette configuration permet à la voile d’être mobile et d’augmenter la portance du corps gonflable. Par exemple, le troisième sommet 48 libre n’est pas relié à un système d’attache qui pourrait entrainer un rabattement du corps gonflable 2 vers le sol lorsque le vent s’engage dans la voile triangulaire 4. La voile triangulaire 4 permet d’augmenter la prise au vent du corps gonflable mais aussi de créer un effet de portance « P » en proportion du vent « V » perçu qui s’engage dans la voile et qui la cabre. En se cabrant, la voile 4 chasse le vent en direction de la surface « S » de la planète et permet de créer un effet cerf-volant qui améliore la portance de l’aéronef comme l’illustre la figure 2. On peut noter que la voile triangulaire 4 étant démunie de partie rigide, hormis la charge utile, l’aérostat 1 est plus léger, pliable et plus facilement transportable. Par charge utile on entend tout dispositif destiné à remplir les objectifs d’une mission telle que des missions de transport ou d’observation par exemple. La charge utile 5 directement fixée au troisième sommet 48 de la voile triangulaire 4 permet en outre d’améliorer la stabilité du corps gonflable 2 et d’accentuer l’effet cerf-volant du corps gonflable 2 et de la voile triangulaire 4. La charge utile a ainsi un effet de quille stabilisant horizontalement le corps gonflable 2. Cette configuration permet également d’augmenter la portance de l’aérostat par rapport à ce que le gaz contenu dans le corps seul permettrait d’obtenir, une portance aérodynamique s’ajoute ainsi à la portance archimédienne. L’aérostat 1 peut comprendre un câble 6 configuré pour maintenir l’aérostat relié à une surface de la planète à atmosphère. Dans les modes de réalisation illustrés aux figures 1 à 4 l’aérostat est dérivant c’est-à-dire qu’il est configuré pour être mobile sur la surface S de la planète de manière à permettre de réaliser des missions dérivantes de transport d’une charge utile au-dessus de la surface des océans, ou de régions polaires au gré des vents par exemple. Selon ce mode de réalisation le câble 6 est configuré pour créer une force de trainée par frottement sur la surface « S » de la planète. Cette force de trainée permet au ballon de s’orienter de façon transversale par rapport au vent de sorte qu’il offre le plus de prise au vent et le plus de portance. Le câble permet de par son poids de maintenir l’aérostat 1 relié à la surface « S ». Le câble 6 permet en outre de contrôler l’altitude de l’aérostat 1. Par exemple, dans le cas où l’aérostat serait destiné à étudier une interface océan-atmosphère, il est nécessaire que l’aérostat soit toujours relié à la surface de l’eau. Le câble 6 permet de maitriser l’altitude de l’aérostat et d’empêcher son envol dans l’atmosphère grâce au poids du câble. Selon un mode de réalisation de l’invention non illustré l’aérostat peut être captif. Selon ce mode de réalisation, le câble 6 est destiné à être attaché à un point fixe de la surface « S » de la planète. L’aérostat comprend un dispositif d’attache 70. Le dispositif d’attache comprend un premier brin 70 relié à la première extrémité de la génératrice 260 du corps gonflable 2 et un deuxième brin 72 relié à la deuxième extrémité de la génératrice 260 du corps gonflable 2, opposée à la première extrémité de la génératrice260. Le premier brin et le deuxième brin peuvent être reliés par l’intermédiaire de patchs collés au corps gonflable. Le premier brin 70 et le deuxième brin 72 sont reliés au câble 6 configuré pour maintenir l’aérostat relié à une surface de la planète à atmosphère. La configuration des brins 70, 72 permet au corps gonflable 2 d’être maintenu de sorte qu’il offre sa plus grande surface projetée transversalement à la direction du vent «V » de manière à maximiser sa prise au vent. Selon un mode de réalisation, le premier brin 70 et le deuxième brin 72 du dispositif d’attache 7 sont modulables en longueur et peuvent être de longueurs inégales. Cette caractéristique offre la possibilité de modifier la trajectoire de l’aérostat vers la droite ou la gauche du vent. L’expression « à droite ou à gauche du vent » doit s’entendre par rapport à la direction de circulation du vent, au regard de la figure 3. Comme visible sur la figure 3, la trajectoire « T » de l’aérostat est modifiée latéralement vers la droite suivant la flèche « F » en raccourcissant la longueur du deuxième brin 72. Ainsi dans le présent exemple, le deuxième brin 72 présente une longueur « L2 » inférieure à la longueur « L1 » du premier brin 70 Ainsi, en raccourcissant ou en allongeant le premier brin 70 et/ou le deuxième brin 72 du dispositif d’attache 7, le corps gonflable offrira davantage l’un ou l’autre de ses flancs au vent entraînant ainsi une dérive latérale par rapport à la direction du vent. Le câble 6 sert de point d’appui créant une force de rappel. Cette force de rappel participe à l’inclinaison du corps gonflable lors de la modification de la longueur du premier et/ou du deuxième brin. Selon un mode de réalisation, l’aéronef 1 comprend un dispositif motorisé 8 configuré pour moduler la longueur du premier et/ou du deuxième brin du dispositif d’attache. Selon un mode de réalisation, le dispositif motorisé 8 comprend un servomoteur. Selon un mode de réalisation, l’aérostat est commandable à distance. L’aérostat comprend des moyens de commande à distance. Les moyens de commandes à distance sont associés au dispositif de motorisation 8. Ainsi, il est possible de moduler la longueur des brins 70, 72 du dispositif d’attache 7 à tout moment pendant l’opération de l’aérostat. Ainsi le premier et deuxième brin sont modulables en longueur de manière réversible. Cette pilotabilité permet, en outre, de pouvoir d’une part, guider l’aérostat vers un lieu précis et d’autre part, de pouvoir récupérer l’aérostat une fois la mission terminée dans le cas d’un aérostat dérivant par exemple. Une récupération de l’aérostat grâce à sa pilotabilité permettrait d’éviter des déchets supplémentaires sur la surface de la planète (mers, océans par exemple) et rend l’aérostat de l’invention plus écologique. La figure 4 illustre l’aérostat 1 selon un mode de réalisation dans lequel l’aérostat 1 est configuré pour réaliser des missions de transport d’une charge utile pour l’étude d’un cyclone. Dans ce mode de réalisation, l’aérostat 1 est dérivant. Dans le présent exemple, la charge utile 5 est configurée pour enregistrer des données scientifiques relatives à l’étude des cyclones. En fonctionnement, le corps gonflable 2 est gonflé au gaz. L’aéronef 1 peut être mis en fonctionnement immédiatement après gonflage grâce à sa simplification structurelle, dans une zone de formation de cyclone. L’aéronef 1 évolue dans l’atmosphère jusqu’à atteindre une altitude prédéterminée. Le câble 6 est configuré pour maintenir l’aérostat relié à la surface de la planète. Lorsqu’un champ de vent « C » souffle, le corps gonflable 2 se place transversalement par rapport au vent ; le champ de vent s’engouffre selon la direction de la flèche « F » dans la voile qui se cabre et créer un profil de cerf-volant à l’aérostat qui lui procure une portance maximisée. La force de trainée du câble 6 permet de maintenir le corps gonflable 2 au moyen du dispositif d’attache de manière à ce que le corps gonflable 2 offre sa plus grande surface projetée transversalement à la direction du vent, maximisant ainsi sa prise au vent. Le champ de vent « C » du cyclone s’organise en spirale qui tourne en convergeant vers l’œil du cyclone « O » avec un angle de 10° vers l’intérieur. Ainsi l’aérostat 1 illustré en pointillé est entrainé vers l’œil du cyclone « O » par le champ de vent « C », suivant cette spirale selon une trajectoire « T1 ». Le câble élastique 3 agencé dans le corps gonflable 2 permet d’encaisser la forte variation de pression à mesure que l’aérostat 1 rejoint le centre du cyclone « O ». En effet l’œil du cyclone est le point le plus bas en pression atmosphérique. Afin de rejoindre l’œil du cyclone plus efficacement, le deuxième brin 72 du dispositif d’attache peut être raccourci au moyen du dispositif de motorisation et du module de commande à distance. Le raccourcissement du deuxième brin permet d’entrainer une dérive latérale de l’aérostat par rapport à la direction du champ du vent selon une trajectoire « T2 », plus directe en direction de l’œil du cyclone « O ». Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à un aérostat dérivant. L’aérostat peut également être utilisé pour des missions nécessitant à l’aérostat d’être captif. L’aérostat selon l’invention permet ainsi de réaliser des missions dérivantes de transport d’une charge utile au-dessus de la surface des océans, ou de régions polaires au gré des vents par exemple, mais peut aussi servir de manière captive attaché au sol ou une surface fixe de la planète. Ainsi, l’invention propose un aérostat dont la fabrication et l’utilisation sont simplifiées et dont la portance et la prise au vent sont maximisées. Bien évidemment, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. En particulier, toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux. Aérostat (1) destiné à réaliser des missions de transport d’une charge utile sur une planète à atmosphère, l’aérostat (1) comprenant : Un corps gonflable (2) de forme cylindrique conçu pour être pressurisé par un gaz plus léger que l’atmosphère, comprenant un premier pôle (22) et un deuxième pôle (24), Une voile triangulaire (4), agencée sous le corps gonflable (2), comprenant un premier sommet (42) relié à une première extrémité d’une génératrice (260) du corps gonflable (2) et un deuxième sommet (44) à une deuxième extrémité de la génératrice (260) du corps gonflable (2) de sorte qu’un premier côté (46) de la voile triangulaire (4) s’étende au contact du corps gonflable (2) depuis la première extrémité jusqu’à la deuxième extrémité de la génératrice du corps gonflable (2), la voile triangulaire (4) comprenant un troisième sommet (48) libre, sur lequel est fixé une charge utile (5), Un dispositif d’attache (7) comprenant un premier brin (70) relié à la première extrémité de la génératrice (260) du corps gonflable (2) et un deuxième brin (72) relié à la deuxième extrémité de la génératrice (260) du corps gonflable (2), le dispositif d’attache (7) étant relié à un câble (6) configuré pour maintenir l’aérostat relié à une surface de la planète à atmosphère. Aérostat (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’aérostat comprend un câble élastique (3) agencé dans le corps gonflable (2), le câble élastique (3) comprenant une première extrémité reliée au centre du premier pôle (22) du corps gonflable et une deuxième extrémité reliée au centre du deuxième pôle (24) du corps gonflable. Aérostat (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier brin (70) et le deuxième brin (72) du dispositif d’attache (7) sont modulables en longueur. Aérostat (1) selon la revendication 3 caractérisé en ce que l’aérostat comprend un dispositif motorisé (8) configuré pour moduler la longueur du premier brin (70) et/ou du deuxième brin (72) du dispositif d’attache (7). Aérostat (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que le dispositif motorisé (8) comprend un servomoteur. Aérostat (1) selon l’une des revendication 3 à 6 caractérisé en ce que l’aérostat (1) comprend des moyens de commande à distance. Aérostat (1) selon la revendication 6 caractérisé en ce que l’aérostat (1) comprend un module de commande à distance configuré pour moduler la longueur du premier brin (70) et/ou du deuxième brin (72).