Brevet FR3113281A1 — 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 respectivement une virole (11) avec un anneau de rigidification (17, 18, 19) constitué de boîtes de rigidification (17, 18) et de portions d'anneau de forme circulaire (19). L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un aéronef. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 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. On décrit dans l'état de la technique aérospatiale en tant que VTOL, 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 deux 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 en ce que : l'aéronef présente des ailes avec des hélices carénées intégrées et les hélices carénées possèdent respectivement une virole dotée d’un anneau de rigidification composé de boîtes de rigidification et d’anneaux partiels de forme circulaire. 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) et de résister à toute déformation élastique en cas de sollicitation, 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, cette virole supporte un anneau de rigidification conçu de façon modulaire - donc selon le principe d'une pierre ou pièce de construction - constitué de boîtes de rigidification et de portions d'anneau de forme circulaire pour faire des économies tout en prêtant néanmoins à la virole une grande exactitude géométrique et une grande rigidité. L’aéronef selon l’invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles suivantes : les boîtes de rigidification comprennent des premières boîtes de rigidification et des secondes boîtes de rigidification et les premières boîtes de rigidification se distinguent des secondes boîtes de rigidification par leur hauteur, les hélices carénées présentent différentes variantes de construction de la virole et les premières boîtes de rigidification, les secondes boîtes de rigidification et les anneaux partiels sont respectivement de la même forme dans toutes les variantes de conception, dans chaque variante de conception, la virole porte une des premières boîtes de rigidification, une des secondes boîtes de rigidification ainsi que deux des anneaux partiels et les deux anneaux partiels relient la première boîte de rigidification sur deux côtés diamétralement opposés de la virole à la seconde boîte de rigidification, deux viroles voisines de différentes variantes de conception sont alignées entre elles de sorte que les premières boîtes de rigidification des deux viroles soient face à face ou mutuellement en regard, les premières boîtes de rigidification, les secondes boîtes de rigidification et les anneaux partiels présentent des zones de liaison combinables de manière universelle, les viroles se composent respectivement de modules d'entrée et de modules de sortie et les modules de sortie portent les anneaux de rigidification, 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 modules de sortie présentent des renfoncements destinés à l'introduction de la grille de guidage dans la virole correspondante. Ainsi plusieurs variantes de conception de la virole peuvent-elles être prévues, la virole dans chaque variante portant deux portions d'anneau de même forme. Le nombre de pièces identiques de l'anneau de rigidification est maximisé de cette façon. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un aéronef du type précité, caractérisé en ce que les viroles se composent respectivement des boîtes de rigidification et des anneaux partiels 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 avant de deux parties de carénage en différentes variantes de conception. montre une vue isométrique de deux viroles 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 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 constituée en l'espèce de modules d'entrée (11) et de modules de sortie (14) est rigidifiée par un anneau en plusieurs parties (17, 18 19). Cet anneau de rigidification (17, 18, 19) se compose pour sa part de premières boîtes de rigidification (17) de hauteurs comparables, de secondes boîtes de rigidification plates (18) et de portions d'anneau (19) de forme circulaire liant la première boîte de rigidification (17) sur les côtés diamétralement opposés de la virole (11, 14) avec la seconde boîte de rigidification (18). La raison de la différence de hauteur entre la première (17) et la seconde (18) boîte de rigidification se déduit grâce à la représentation selon la : Le module de sortie (14) y présente facilement reconnaissable une hauteur variable sur sa périphérie, qui conditionne une mise en forme adaptée des boîtes de rigidification (17, 18) prévues à des positions périphériques opposées. La illustre les possibilités de combinaison de chaque élément décrit à des anneaux de rigidification (17, 18, 19) en deux différentes variantes de conception (X, Y). Ainsi est-il permis de lier les interfaces universelles des trois modules pour chacune des viroles (11, 14) de deux des portions d'anneau (19) de même forme à chacune des premières boîtes de rigidification (17) et secondes boîtes de rigidification (18) dans une disposition au choix. Par exemple, dans la présente configuration, deux viroles voisines (11, 14) de différentes variantes de conception (X, Y) sont alignées de sorte que les premières boîtes de rigidification (17) des deux viroles (11, 14) soient face à face, et en revanche opposées à leurs secondes boîtes de rigidification (18). Un récapitulatif des figures 7, 8 et 9 illustre au moyen de deux exemples de viroles (ici : 11, 14, 19) selon les deux variantes de conception comment, en définitive, la grille de guidage respective (12) peut y être introduite par dessous au moyen de renfoncements (20) radiaux des modules de sortie (14) selon l'illustration. Chaque virole (11, 14) de l'hélice peut, par exemple, être constituée de montants en nid d'abeilles avec des inserts et, suite à cela, de préférence, être recouverte de plusieurs couches de CFK. 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. 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) dotée d’un anneau de rigidification (17, 18, 19) composé de boîtes de rigidification (17, 18) et d’anneaux partiels de forme circulaire (19). Aéronef selon la revendication 1, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les boîtes de rigidification (17, 18) comprennent des premières boîtes de rigidification (17) et des secondes boîtes de rigidification (18) et les premières boîtes de rigidification (17) se distinguent des secondes boîtes de rigidification (18) par leur hauteur. Aéronef selon la revendication 2, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les hélices carénées (11-20) présentent différentes variantes de construction (X, Y) de la virole (11, 14) et les premières boîtes de rigidification (17), les secondes boîtes de rigidification (18) et les anneaux partiels (19) sont respectivement de la même forme dans toutes les variantes de conception (X, Y). Aéronef selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par les caractéristiques suivantes : dans chaque variante de conception (X, Y), la virole (11, 14) porte une des premières boîtes de rigidification (17), une des secondes boîtes de rigidification (18) ainsi que deux des anneaux partiels (19) et les deux anneaux partiels (19) relient la première boîte de rigidification (17) sur deux côtés diamétralement opposés de la virole (11, 14) à la seconde boîte de rigidification (18). Aéronef selon la revendication 4, caractérisé par la caractéristique suivante : deux viroles voisines (11, 14) de différentes variantes de conception (X, Y) sont alignées entre elles de sorte que les premières boîtes de rigidification (17) des deux viroles (11, 14) soient face à face ou mutuellement en regard. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par la caractéristique suivante : les premières boîtes de rigidification (17), les secondes boîtes de rigidification (18) et les anneaux partiels (19) présentent des zones de liaison combinables de manière universelle. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par la caractéristique suivante : les viroles (11, 14) se composent respectivement de modules d'entrée (11) et de modules de sortie (14) et les modules de sortie (14) portent les anneaux de rigidification (17, 18, 19). Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les viroles (11, 14) présentent des montants en nid d'abeilles avec des inserts 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 8, 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 modules de sortie (14) présentent des renfoncements (20) destinés à l'introduction de la grille de guidage (12) dans la virole correspondante (11, 14). 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 des boîtes de rigidification (17, 18) et des anneaux partiels (19) et les hélices carénées (11-20) sont montées dans différentes positions de montage dans les ailes (10).