Brevet FR3113282A1 — publié le 20220211

Aéronef et son procédé de fabrication L'invention concerne un aéronef avec les caractéristiques suivantes : L'aéronef présente des ailes avec des hélices carénées intégrées ; et les hélices carénées possèdent chacune respectivement une virole (11, 14) constituée de zones d'entrée (11) et de zones de sortie (14). L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un aéronef. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 4 Aéronef et son procédé de fabrication La présente invention concerne un aéronef, en particulier un aéronef totalement électrique, capable de décoller et d'atterrir verticalement (« vertical take-off and landing », VTOL) ainsi qu'un procédé avantageux pour le fabriquer. Comme VTOL est décrit en l'état de la technique aérospatiale tout aéronef, drone ou fusée, au sens communément admis, possédant la capacité de décoller puis d'atterrir essentiellement verticalement et sans piste de décollage ni d'atterrissage. Ce terme générique est ensuite utilisé au sens large, qui inclut non seulement des aéronefs à voilure fixe avec surfaces porteuses, mais aussi des aéronefs à voilure tournante, comme des hélicoptères, des gyrocoptères et des hybrides, comme des hélicoptères combinés ainsi que des avions convertibles. Sont compris en outre des aéronefs ayant la capacité de décoller et d'atterrir sur de particulièrement courtes distances (« short take-off and landing », STOL), de décoller sur de courtes distances mais d'atterrir à la verticale (« short take-off and vertical landing », STOVL) ou de décoller à la verticale mais d'atterrir à l'horizontale (« vertical take-off and horizontal landing », VTHL). EP 2 193 993 A2 dévoile un carénage d'hélice constitué essentiellement de pièces annulaires. WO 2005/032939 A1 propose de fabriquer un carénage d'hélice par segments selon un système modulaire. US 7,712,701 B1 ainsi que CN 205770158 U décrivent des carénages d'hélice fabriqués à partir de segments périphériques. L'invention met à disposition un aéronef, en particulier un aéronef totalement électrique, au sens évoqué plus haut, capable de décoller et d'atterrir verticalement, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel véhicule Ainsi, l’invention a pour objet un aéronef caractérisé par les caractéristiques suivantes : l'aéronef présente des ailes avec des hélices carénées intégrées et les hélices carénées possèdent respectivement une virole composée de zones d'entrée et de zones de sortie. L'approche selon l'invention repose sur la révélation qu'un aéronef VTOL utilisable en environnement urbain nécessite des unités motrices en différentes positions et orientations, qui d'une part sont en mesure de faire face à chaque phase de vol (décollage, transition, vol de croisière et atterrissage), mais d'autre part ne dépassent pas un nombre gérable de pièces. Pour la poussée de l'aéronef, à la place d'un rotor à vitesse libre, il y est prévu des hélices carénées intégrées dans la surface porteuse (« ducted fans »), comme on en connaît en dehors de la technique aérospatiale, par exemple dans des véhicules sur coussin d'air ou des hydroglisseurs. Le carter cylindrique du conduit d'air (« duct ») - désigné ci-après par virole - réduit les pertes de poussée survenant par suite de turbulences au niveau des extrémités des pales d'une telle hélice carénée. Selon l'invention, les carénages de l'hélice présente différentes zones d'entrée et de sortie, conçues de façon à pouvoir être préparés avec un outil commun mais néanmoins de conception modulaire. Un avantage de cette approche tient au coût réduit que l'on obtient. L’aéronef selon l’invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles suivantes : les hélices carénées présentent différentes variantes de construction de la virole et les zones de sortie sont de formes identiques ou en images miroir mutuellement dans toutes les variantes de construction, les viroles présentent des montants en nid d'abeilles avec des inserts et sont recouvertes de plusieurs couches d'un plastique renforcé de fibres de carbone, les hélices carénées comprennent respectivement une grille de guidage et un moteur électrique supporté par la grille de guidage et les zones de sortie présentent des renfoncements destinés à l'introduction des grilles de guidage, les viroles présentent respectivement un anneau de rigidification périphérique, l'aéronef comprend des hélices essentiellement verticales pour produire une propulsion, les hélices verticales sont d'autres hélices carénées, les moteurs électriques comprennent respectivement une commande intégrée, l'aéronef peut être commandé au choix de façon totalement autonome. Ainsi les zones de sortie peuvent-elles être mises en forme dans toutes les variantes de conception de formes identiques ou en images miroir. La partie inférieure de l'outil peut donc s'utiliser de façon universelle et se préparer uniquement en association avec la pièce supérieure correspondante d'un carénage individuel. Enfin, les carénages peuvent présenter des montants en nid d'abeilles avec des garnitures (inserts) recouverts de plusieurs couches de plastique renforcé de fibres de carbone. Les montants en nid d'abeilles et les inserts peuvent s'utiliser plusieurs fois pour différentes variantes. L’invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d’un aéronef tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce que les viroles se composent respectivement de zones d'entrée spécifiques et de zones de sortie universelles et les hélices carénées sont montées dans différentes positions de montage dans les ailes. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté dans les illustrations et est décrit plus avant ci-après. montre la vue isométrique d'une aile avec revêtement et peau externe partiellement transparents. montre la vue isométrique d'une hélice carénée de l'aile sans moteur. montre une vue correspondant à la en perspective surélevée. montre la vue isométrique d'une hélice avec entrée et sortie partiellement transparentes. montre la vue isométrique des montants en nid d'abeilles de deux carénages avec inserts. montre la vue avant de deux parties de carénage en différentes variantes de conception. montre une vue correspondant à la des carénages complets avec entrée et sortie partiellement transparentes. , et illustrent l'assemblage par aboutement entre carénage et grille de guidage. La illustre le montage d'une aile (10) pour un aéronef au choix totalement autonome ou commandé manuellement, qui est subdivisé approximativement en quadrants par des longerons et des nervures. Dans trois de ces quadrants est intégrée respectivement une hélice carénée dont la grille de guidage (12) disposée à l'intérieur du carénage (11) porte un moteur électrique central (13). Les trois moteurs électriques cylindriques (13) sont vissés radialement sur la grille de guidage respective (12) de sorte que ses étais en plastique renforcé de fibres de carbone (CFK) permettent de soutenir le moteur électrique (13) dans une disposition à symétrie axiale et de rotation des côtés opposés. Dans la configuration représentée, deux des étais de chaque grille de guidage (12) s'étendent parallèlement l'un de l'autre dans la direction d'afflux de l'aile (10) et flanquent tangentiellement le moteur électrique correspondant (13). Respectivement deux poutres jointes à ces montants sont complétées par les poutres diamétralement opposées au moteur (13) de l'autre montant respectif en une croix de saint André et renforcent le moteur électrique (13) de sorte que la grille de guidage (12) reçoit toutes les forces horizontales au niveau du moteur. Comme l'illustration permet de le reconnaître à titre indicatif, les étais de la grille de guidage (12) présentent une largeur qui correspond à peu près à la hauteur du moteur électrique (13). Les figures 2 et 3 présentent les différentes variantes de construction (X, Y) de la virole (11). Cette variante de conception est rendue possible selon l'invention par le système modulaire représenté à la au moyen de la variante de conception Y, selon lequel la virole (ici : 11, 14) est constituée de zones d'entrée (11) et de zones de sortie (14) qu'on peut préparer dans toutes les variantes de conception (X, Y) grâce à un outil avec une partie inférieure universelle. La illustre la conception de chaque virole (11, 14) à partir de montants en nid d'abeilles (15) avec inserts (16) recouverts de préférence de plusieurs couches de CFK en fonction de leur composition. Ci-dessous, dans ce contexte, il faut comprendre des composites dans lesquels sont incorporées des fibres de carbone dans une matrice plastique qui sert à lier les fibres ainsi qu'à remplir l'espace intermédiaire. Comme matrice, outre une résine époxy traditionnelle, on considérera ici par ailleurs des thermodurcissables ou des thermoplastiques, sans sortir du cadre de l'invention. Comme l'illustre la , cette approche modulaire dans la présente forme de réalisation est favorisée par les rapports géométriques des viroles (11, 14) : Alors que chaque virole (11, 14) nécessite un zone d'entrée spécifique (11), les zones de sortie (14) dans toutes les variantes de conception (X, Y) sont géométriquement congruentes ou avec la même couverture, et peuvent donc être déplacées par décalage parallèle, rotation, image miroir ou associations des transformations géométriques ou mouvements susmentionnés. Les viroles (11, 14) constituées de ces zones d'entrée spécifiques (11) et zones de sortie universelles (14) peuvent être rigidifiées par des anneaux en plusieurs parties (17, 18, 19) du type représenté à la . Un récapitulatif des figures 8, 9 et 10 illustre deux variantes de conception sur la base de deux exemples de virole (ici : 11, 14, 19), où finalement la grille de guidage correspondante peut y être introduite par en dessous au moyen de renfoncements (20) de la zone de sortie (14) selon l'illustration. Dans la présente forme de réalisation, le moteur électrique (13 - ) est réalisé avec commande intégrée sous forme de rotor intérieur refroidi à l'air. On comprend que dans une réalisation alternative, on peut envisager un rotor extérieur ou un refroidissement par liquide, sans sortir du cadre de l'invention. D'autres exemples d'options sont publiés par DUFFY, Michael, et al. « Propulsion scaling methods in the era of electric flight. » (Méthodes de dimensionnement de propulsion à l’ère du vol électrique), 2018 AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS). IEEE, 2018. p. 1-23 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés 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. Aéronef, caractérisé par les caractéristiques suivantes : l'aéronef présente des ailes (10) avec des hélices carénées intégrées (11-20) et les hélices carénées (11-20) possèdent respectivement une virole (11, 14) composée de zones d'entrée (11) et de zones de sortie (14). Aéronef selon la revendication 1, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les hélices carénées (11-20) présentent différentes variantes de construction (X, Y) de la virole (11, 14) et les zones de sortie (14) sont de formes identiques ou en images miroir mutuellement dans toutes les variantes de construction (X, Y). Aéronef selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les viroles (11, 14) présentent des montants en nid d'abeilles (15) avec des inserts (16) et les viroles (11, 14) sont recouvertes de plusieurs couches d'un plastique renforcé de fibres de carbone. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les hélices carénées (11-20) comprennent respectivement une grille de guidage (12) et un moteur électrique (13) supporté par la grille de guidage (12) et les zones de sortie (14) présentent des renfoncements (20) destinés à l'introduction des grilles de guidage (12). Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par la caractéristique suivante : les viroles (11, 14) présentent respectivement un anneau de rigidification (17, 18, 19) périphérique. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par la caractéristique suivante : l'aéronef comprend des hélices essentiellement verticales pour produire une propulsion. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par la caractéristique suivante : les hélices verticales sont d'autres hélices carénées (11-20). Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par la caractéristique suivante : les moteurs électriques (13) comprennent respectivement une commande intégrée. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par la caractéristique suivante : l'aéronef peut être commandé au choix de façon totalement autonome. Procédé de fabrication d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les viroles (11, 14) se composent respectivement de zones d'entrée spécifiques (11) et de zones de sortie universelles (14) et les hélices carénées (11-20) sont montées dans différentes positions de montage dans les ailes (10).