Brevet FR3113280A1 — publié le 20220211

Aéronef et son procédé de fabrication L'invention concerne un aéronef avec les caractéristiques suivantes : L'aéronef présente des ailes (10) avec des hélices carénées intégrées (11-12-13) et ces hélices carénées possèdent respectivement une virole (11) avec des renfoncements ainsi qu'une grille de guidage (12) introduite dans les renfoncements. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un aéronef. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 Aéronef et son procédé 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. Dans l'état de la technique aérospatiale, est décrit comme 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). CN104691751A dévoile un aéronef à plusieurs rotors, sûr, à soutien triangulaire et de faible poids, avec une structure à cônes et encoches, constitué d'un fuselage, de rotors, d'un module de commande de vol situé au milieu du fuselage et d'un raccordement intégré de type harnais de câbles. Le fuselage comprend un panneau de structure horizontal ainsi qu'une pluralité de panneaux de structure verticaux plus légers liés par des cônes et des encoches à une structure porteuse triangulaire, dont la face externe forme un cadre et dont la face interne est supportée selon un angle opposé. Les rotors sont disposés aux points d'intersection les plus externes des plaques verticales en direction verticale, alors que la plaque horizontale est liée à la surface verticale du cadre et sert de fixation. Une pluralité d'orifices pour rotors, qui protègent les rotors et dont les diamètres sont un peu plus grands que ceux des rotors, est constituée dans la plaque horizontale, tandis que les arbres d'entraînement de rotor sont utilisés comme centres des orifices. Enfin, une pluralité de cônes est disposée au point de contact de chaque plaque verticale et de la plaque horizontale, laquelle et munie dotée d'encoches correspondantes liées aux cônes. 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 dotée de renfoncements ainsi qu'une grille de guidage introduite dans les renfoncements. 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 (connues sous la dénomination « 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 ou enveloppe tubulaire 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 est munie de renfoncements qui permettent de la munir de façon modulaire - donc selon le principe d'une pierre ou pièce de construction - d'une grille de guidage (stator) optimisée pour la variante de conception et la direction de rotation de l'arbre de propulsion respectif. On peut utiliser le même concept pour d'autres variantes de conception, de façon à pouvoir combiner au choix viroles et grilles de guidage spécifiques pour obtenir des économies de coût. L’aéronef selon l’invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques additionnelles suivantes : les grilles de guidage sont introduites par liaison de matière dans les renfoncements, les grilles de guidage sont collées dans les renfoncements, les hélices carénées présentent différentes variantes de construction de la virole et les renfoncements possèdent une forme identique dans toutes les variantes de construction, la forme est un trapèze isocèle et les renfoncements sont positionnés par paires au niveau de positions diamétralement opposées de la virole, les zones à viroles présentent respectivement un anneau de rigidification périphérique, les viroles se composent respectivement de zones d'entrée et de zones de sortie et les zones de sortie portent les anneaux de rigidification et présentent les renfoncements, 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 un moteur électrique supporté par la grille de guidage. Les grilles de guidage peuvent donc être introduites pour adhérer totalement dans les renfoncements, et en particulier peuvent y être collées. Par l'utilisation d'un tel "collage" universel sur les carters, on peut fabriquer les variantes spécifiques de stator à bon marché dans différentes réalisations et les utiliser universellement. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un aéronef du type précité, caractérisé en ce que les grilles de guidage sont introduites dans les renfoncements des viroles 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 deux différentes variantes de conception. montre la vue isométrique d'une virole et d'une grille de guidage dans une variante selon la . montre en détails l'assemblage par aboutement selon l'invention de la virole et de la grille de guidage. montre la vue isométrique d'une virole et d'une grille de guidage dans l'autre variante selon la . 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 par le système modulaire représenté à la sur la base de la variante de conception Y et représenté à la par la juxtaposition des variantes X et Y : La virole (ici : 11, 14) se compose de zones d'entrée (11) et de zones de sortie (14) renforcées par un anneau tout autour (17, 18, 19 – ). La attire l'attention de l'observateur, à partir d'un exemple de virole (ici : 11, 14, 19) de la variante de conception Y, sur l'assemblage par aboutement fondamental pour l'invention de la grille de guidage (12). Les zones de sortie (14) de la virole (11, 14, 19) de la présente forme de réalisation présentent deux paires de renfoncements (20) diamétralement opposés, dans lesquels on peut introduire la grille de guidage correspondante (12) par dessous selon l'illustration. La illustre cette étape de préparation dans une représentation de détail. Le renfoncement indiqué (20) possède - facilement reconnaissable dans cette vue - approximativement la forme d'un trapèze isocèle dont la base débouche sur le bord inférieur de la zone de sortie (14) selon l'illustration. L'étai de la grille support (12) à introduire dans ce renfoncement possède une forme complémentaire qui permet d'assembler la grille (12) placée sous la zone de sortie (14) le long de l'axe médian de la virole vers le haut avec elle et de la coller dans son renfoncement (20). L'avantage de cette approche se voit récapitulé à la : Grâce à la forme trapézoïdale commune entre toutes les variantes de conception (X, Y) des renfoncements (20), une grille de guidage (12) peut être introduite dans la zone de sortie (14) d'une virole (11, 14, 19) de la variante Y. 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. » (Méthode de dimensionnement de la 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 de renfoncements (20) ainsi qu'une grille de guidage (12) introduite dans les renfoncements (20). Aéronef selon la revendication 1, caractérisé par la caractéristique suivante : les grilles de guidage (12) sont introduites par liaison de matière dans les renfoncements (20). Aéronef selon la revendication 2, caractérisé par la caractéristique suivante : les grilles de guidage (12) sont collées dans les renfoncements (20). Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les hélices carénées (11-20) présentent différentes variantes de construction (X, Y) de la virole (11, 14) et les renfoncements (20) possèdent une forme identique dans toutes les variantes de construction (X, Y). Aéronef selon la revendication 4, caractérisé par les caractéristiques suivantes : la forme est un trapèze isocèle et les renfoncements (20) sont positionnés par paires au niveau de positions diamétralement opposées de la virole (11, 14). Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par la caractéristique suivante : des zones des viroles (11, 14) présentent respectivement un anneau de rigidification (17, 18, 19) périphérique. Aéronef selon la revendication 6, caractérisé par la caractéristique suivante : les viroles (11, 14) se composent respectivement de zones d'entrée (11) et de zones de sortie (14) et les zones de sortie (14) portent les anneaux de rigidification (17, 18, 19) et présentent les renfoncements (20). 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 la caractéristique suivante : les hélices carénées (11-20) comprennent un moteur électrique (13) supporté par la grille de guidage (12). Procédé de fabrication d'un aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par les caractéristiques suivantes : les grilles de guidage (12) sont introduites dans les renfoncements (20) des viroles (11, 14) et les hélices carénées (11-20) sont montées dans différentes positions de montage dans les ailes (10).