Brevet FR3131275A1 — publié le 20230630

TITRE DE L'INVENTION : AÉRONEF L'aéronef (20) comporte un fuselage (21), au moins six propulseurs à hélice(s) (P0 à P7) reliés mécaniquement au fuselage, et, pour chacun d'au moins deux de ces propulseurs à hélice(s), un actionneur (22) d’inclinaison pour incliner ce propulseur à hélice(s) vers l’avant, permettant ainsi une poussée vectorisée, pouvant également générer un couple de tangage et de lacet. En vol de croisière, six propulseurs à hélice(s) avant (P0 à P5) sont orientés selon des axes verticaux et ne sont pas activés, et deux propulseurs à hélice(s) arrière (P6 et P7) sont orientés selon des axes horizontaux et activés pour fournir une poussée horizontale. L’aéronef comporte des ailes (W0 à W3) positionnées au-dessus d'un plan des propulseurs à hélice(s), associées à des actionneurs (23) d'inclinaison. L’aéronef comporte au moins un réservoir de cryo-hydrogène, au moins une pile à combustible pour alimenter les propulseurs à hélice(s), et un condensateur d'alimentation électrique des propulseurs à hélice(s), stockant une énergie électrique supérieure à l'énergie nécessaire à l'ensemble des propulseurs à hélice(s) pour dix secondes de vol stationnaire. Le fuselage comporte un système d'arrimage de nacelle amovible. Figure pour l’abrégé : Fig. 6 AÉRONEF Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un aéronef. Elle s'applique, notamment, aux domaines du transport de marchandises ou de passagers et de la lutte contre les incendies et autres catastrophes naturelles ou industrielles. Etat de la technique Afin d'augmenter les ressources d'urgence et de résoudre la congestion des transports, l'utilisation d'aéronefs, autrement appelés aéronefs sans pilote, est envisagée. Le réchauffement climatique augmente le nombre et la gravité des catastrophes naturelles, notamment les feux de forêt, les inondations et les tempêtes. Pour renforcer les moyens d'intervention, il est nécessaire de transporter des charges plus importantes, plus rapidement et plus près du point de besoin. De plus, les villes géantes surpeuplées renforcent la nécessité d'utiliser la dimension verticale pour des raisons d'urgence et des livraisons critiques d'abord, pour les transports publics et privés ensuite. Cependant, l'utilisation de moyens supplémentaires de transport aérien a jusqu'à présent entraîné une augmentation de l'énergie fossile consommée, ce qui signifie une augmentation du CO 2 . Le transport de personnes ou de marchandises, notamment de conteneurs, de caisses mobiles normalisées, sur des trajets classiques de 200 à 2 000 km, se heurte à plusieurs difficultés. D'une part, les obstacles naturels au sol nécessitent l'installation et l'entretien d'infrastructures (routes, ponts, tunnels, voies ferrées, etc.). D'autre part, la proximité de zones habitées interdit les transports bruyants, tels que les hélicoptères. Ces hélicoptères présentent d'autres inconvénients : - l'inclinaison de l'hélicoptère, nécessaire à l'accélération horizontale, entraîne une gêne pour les passagers et des dommages pour la cargaison, - les turbulences à proximité des falaises ou des bâtiments déstabilisent les hélicoptères - les corrections du pilote sont limitées par le temps de réflexe du pilote, l'inertie de la chaîne de propulsion et les degrés de liberté de l'appareil, - l'envergure de l'hélice combinée à cette instabilité nécessite des marges de sécurité qui imposent une distance minimale par rapport aux obstacles, - la mécanique de leur propulsion, basée sur un moteur à combustion interne, nécessite un niveau de maintenance élevé, - l'unicité de la chaîne de propulsion expose complètement la mission au risque de défaillance, - le rapport de charge utile est faible, ce qui conduit à une autonomie limitée et à une multiplication des ravitaillements. Dans le cas particulier des feux de forêt, les différents moyens techniques actuellement disponibles souffrent tous d'inconvénients majeurs : - concernant les avions de transport d'eau, par exemple le Canadair (marque déposée), l'ouverture non progressive de leur trappe de largage et leur altitude contrainte par les crêtes, limitent la précision de leur arrosage du feu et le pourcentage d'eau arrivant sur la cible, - l'hélicoptère est plus précis mais plus lent et transporte beaucoup moins d'eau et - les véhicules terrestres sont gênés par les obstacles du terrain (relief, pente, forêt, rivière, etc.), y compris en zone urbaine (bâtiments, mobilier urbain), et leur vitesse de déplacement est limitée ainsi que leur capacité à transporter de l'eau. Le transport de personnes ou de marchandises, notamment de conteneurs, de caisses mobiles normalisées, sur des parcours classiques de 200 à 2 000 km, se heurte à plusieurs difficultés. D'une part, les obstacles naturels au sol nécessitent l'installation et l'entretien d'infrastructures (par exemple, routes, ponts, tunnels, voies ferrées). D'autre part, la proximité de zones habitées interdit les transports bruyants, tels que les hélicoptères. Ces hélicoptères présentent d'autres inconvénients : - l'inclinaison de l'hélicoptère, nécessaire à l'accélération horizontale, entraîne une gêne pour les passagers et des dommages pour la cargaison, - les turbulences à proximité des falaises ou des bâtiments déstabilisent les hélicoptères - les corrections du pilote sont limitées par le temps de réflexe du pilote, l'inertie de la chaîne de propulsion et les degrés de liberté de l'appareil, - l'envergure de l'hélice combinée à cette instabilité nécessite des marges de sécurité qui imposent une distance minimale par rapport aux obstacles, - la mécanique de leur propulsion, basée sur un moteur à combustion interne, nécessite un niveau de maintenance élevé, - l'unicité de la chaîne de propulsion expose complètement la mission au risque de défaillance, - le rapport de charge utile est faible, ce qui conduit à une autonomie limitée et à une multiplication des ravitaillements. Dans le cas particulier des feux de forêt, les différents moyens techniques actuellement disponibles souffrent tous d'inconvénients majeurs : - concernant les avions de transport d'eau, par exemple le Canadair (marque déposée), l'ouverture non progressive de leur trappe de largage et leur altitude contrainte par les crêtes, limitent la précision de leur arrosage du feu et le pourcentage d'eau arrivant sur la cible, - l'hélicoptère est plus précis mais plus lent et transporte beaucoup moins d'eau et - les véhicules terrestres sont gênés par les obstacles du terrain (relief, pente, forêt, rivière, etc.), y compris en milieu urbain (bâtiments, mobilier urbain), et leur vitesse de déplacement est limitée ainsi que leur capacité à transporter de l'eau. Présentation de l'invention La présente invention a pour but de remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un aéronef comportant un fuselage définissant un axe principal de fuselage, au moins six propulseurs à hélice(s) reliés mécaniquement au fuselage, et, pour chacun d'au moins deux de ces propulseurs à hélice(s), un actionneur d’inclinaison pour faire tourner ce propulseur à hélice(s) autour d'un axe de rotation faisant un angle inférieur à 45 degrés avec un plan perpendiculaire à l'axe principal du fuselage, permettant ainsi une poussée vectorisée, pouvant également générer un couple de tangage et de lacet. En faisant tourner les deux ou plusieurs propulseurs à hélice(s) orientables, l'aéronef peut tourner sur lui-même, compenser le vent pendant le décollage ou l'atterrissage, accélérer en vol, faire du vol stationnaire et réduire sa vitesse de vol. Dans des modes de réalisation particuliers, le fuselage a une partie avant et une partie arrière définissant un ordre de propulseurs à hélice(s) de l'avant vers l'arrière, dans lequel chacun des propulseurs à hélice(s) les plus en arrière fait partie des au moins deux propulseurs à hélice(s) associés aux actionneurs d'inclinaison. Dans de tels modes de réalisation, la rotation des propulseurs à hélice(s) les plus en arrière pour obtenir une poussée horizontale empêche un autre propulseur à hélice(s) de se trouver dans le flux d'air propulsé par chacun de ces propulseurs à hélice(s) les plus en arrière. Dans des modes de réalisation particuliers, l'aéronef comporte au moins quatre propulseurs à hélice(s) associés à des actionneurs d'inclinaison. De tels modes de réalisation améliorent la maniabilité de l'aéronef. Dans des modes de réalisation particuliers, tous les propulseurs à hélice(s) sont parmi les au moins deux propulseurs à hélice(s) munis d'actionneurs d’inclinaison. Dans de tels modes de réalisation, la maniabilité de l'aéronef est ainsi encore améliorée. Dans des modes de réalisation particuliers, le fuselage a une partie avant et une partie arrière définissant un ordre de propulseurs à hélice(s) de l'avant vers l'arrière, l'aéronef comporte huit propulseurs à hélice(s), chacun desdits propulseurs à hélice(s) étant associé à un actionneur d'inclinaison. La présence de huit propulseurs à hélice(s) améliore la stabilité de l'aéronef ainsi que sa sécurité en cas de défaillance d'un propulseur à hélice(s). Dans des modes de réalisation particuliers, en vol de croisière, six propulseurs à hélice(s) avant sont orientés selon des axes verticaux et deux propulseurs à hélice(s) arrière sont orientés selon des axes horizontaux. Les six propulseurs à hélice(s) avant créent ainsi une traînée minimale. Dans des modes de réalisation particuliers, en vol de croisière, les deux propulseurs à hélice(s) les plus à l'arrière sont activés pour fournir une poussée horizontale, et les six propulseurs à hélice(s) avant ne sont pas activés. Cette répartition des activations des propulseurs à hélice(s), dont au moins deux, et quatre dans le cas d'un aéronef à huit propulseurs à hélice(s), sont désactivés, permet d'augmenter le rayon d'action de l'aéronef. Dans des modes de réalisation particuliers, entre le décollage et le vol de croisière, les six propulseurs à hélice(s) avant sont successivement orientés selon des axes verticaux et activés pour fournir une poussée verticale, puis orientés avec un angle d’inclinaison progressif et activés pour fournir une poussée oblique, puis orientés avec un angle d’inclinaison dégressif jusqu'à être orientés selon des axes verticaux. Cette répartition des activations des propulseurs à hélice(s) permet une transition en douceur entre l'accélération verticale au décollage et la vitesse de croisière horizontale. Dans des modes de réalisation particuliers, entre le vol de croisière et l'atterrissage, les six propulseurs à hélice(s) avant sont successivement orientés avec un angle d’inclinaison progressif et activés pour fournir une poussée oblique, puis orientés avec un angle d’inclinaison dégressif jusqu'à être orientés selon des axes verticaux et activés pour fournir une poussée verticale. Cette répartition des activations des propulseurs à hélice(s) permet également une transition en douceur entre l'accélération verticale au décollage et la vitesse de croisière horizontale. Dans des modes de réalisation particuliers, pendant le virage en U, au moins un propulseur à hélice(s) le plus en avant d'un côté de l'aéronef et au moins un propulseur à hélice(s) le plus en arrière de l'autre côté de l'aéronef sont orientés le long d'axes obliques ayant des angles d'inclinaison opposés. Dans des modes de réalisation particuliers, l'aéronef comporte des ailes positionnées au-dessus d'un plan des propulseurs à hélice(s). Dans de tels modes de réalisation, les ailes augmentent le rayon d'action de l'aéronef. Dans des modes de réalisation particuliers, les ailes ont une forme incurvée avec une concavité tournée vers le bas. La forme incurvée augmente la distance entre les ailes et les propulseurs à hélice(s) et réduit l'impact des ailes sur le flux d'air dans les propulseurs à hélice(s). Dans certains modes de réalisation, l'envergure maximale des ailes est inférieure à la longueur de l'aéronef. Dans de tels modes de réalisation, l'aéronef est donc très compact, tant en vol qu'au sol, ce qui permet de densifier l'aire de stationnement et de réduire le risque de collision. Dans des modes de réalisation particuliers, l'aéronef comporte des ailes associées à des actionneurs d'inclinaison pour faire tourner les ailes autour d'axes de rotation parallèles à l'axe principal du fuselage, ce qui permet de resserrer l'envergure des ailes en phase de vol où l'on compte moins sur la portance des ailes. Dans des modes de réalisation particuliers, chaque propulseur à hélice(s) comporte au moins une hélice carénée. Les hélices carénées réduisent le bruit généré par l'aéronef. Dans des modes de réalisation particuliers, chaque propulseur à hélice(s) comporte des hélices contrarotatives. Cette disposition en contre-rotation des hélices réduit le bruit causé par l'aéronef. Par exemple, un bruit de l'ordre de 40 dB à 1000 mètres, sans le dispositif d'atténuation, a été mesuré avec un prototype de l'aéronef objet de l'invention. Dans des modes de réalisation particuliers, l'aéronef comporte au moins un réservoir de cryo-hydrogène et au moins une pile à combustible pour alimenter les propulseurs à hélice(s). Dans de tels modes de réalisation, l'aéronef n'émet pas de gaz à effet de serre, de NOx, de CO 2 , de particules fines et ne pollue pas son environnement, ni au décollage, ni en vol, ni à l'atterrissage. Il peut donc être utilisé en ville ou dans des sites particulièrement fragiles. Dans des modes de réalisation particuliers, l'aéronef comporte un condensateur d'alimentation électrique des propulseurs à hélice(s), chargé par au moins une pile à combustible, ledit condensateur stockant une énergie électrique supérieure à l'énergie nécessaire à l'ensemble des propulseurs à hélice(s) pendant dix secondes de vol stationnaire. Dans ces modes de réalisation, le condensateur compense le temps nécessaire à chaque pile à combustible pour atteindre sa pleine puissance. Dans des modes de réalisation particuliers, le fuselage comporte un système d'arrimage de nacelle amovible. L'aéronef peut ainsi passer rapidement d'une mission de transport de passagers à une mission de transport de marchandises, de sauvetage ou de lutte contre les incendies, par exemple. Dans des modes de réalisation particuliers, l'aéronef comporte un compensateur d'attitude qui distribue de l'énergie électrique aux propulseurs à hélice(s) pour contrebalancer les variations d'attitude. Ceci améliore le confort des passagers et la sécurité des marchandises transportées. Brève description des figures D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative suivante d'au moins un mode de réalisation particulier de l'aéronef objet de la présente invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : représente, en perspective, un premier mode de réalisation particulier de l'aéronef objet de l'invention, dans une configuration stationnée, représente, en perspective, l'aéronef illustré à la , en configuration de décollage ou d'atterrissage, montre, en perspective, l'aéronef illustré sur les figures 1 et 2, en configuration de rotation sur place, montre, en perspective, l'aéronef illustré aux figures 1 à 3, en configuration de vol à basse vitesse, montre, en perspective, l'aéronef illustré dans les figures 1 à 4, en configuration de vol à grande vitesse, représente, en perspective, l'aéronef illustré dans les Figs. 1 à 5, en configuration de vol de croisière, représente les éléments de contrôle et de commande des différents actionneurs d'inclinaison des ailes et des propulseurs à hélice(s) de l'aéronef illustré aux figures 1 à 6, représente une emplanture d'aile mobile et ses organes de mobilité de l'aéronef illustré aux figures 1 à 7, représente, sous forme de schéma fonctionnel, les principaux composants de l'aéronef illustré aux figures 1 à 8, représente, en vue de dessus, un deuxième mode de réalisation de l'aéronef objet de l'invention, en configuration de vol stationnaire, et représente, en vue de dessus, l'aéronef illustré à la , en configuration de vol. Aéronef (20, 72) caractérisé en ce qu’il comporte un fuselage (21, 73) définissant un axe principal (77) de fuselage, au moins six propulseurs à hélice(s) (P0 à P7, P10 à P15) reliés mécaniquement au fuselage, et, pour chacun d'au moins deux de ces propulseurs à hélice(s), un actionneur (22, 74) d’inclinaison pour faire tourner ce propulseur à hélice(s) autour d'un axe de rotation (24, 75) faisant un angle (76) inférieur à 45 degrés avec un plan perpendiculaire à l'axe principal de fuselage, permettant ainsi une poussée vectorisée, pouvant également générer un couple de tangage et de lacet. Aéronef (20) selon la revendication 1, dans lequel le fuselage (21) a une partie avant et une partie arrière définissant un ordre des propulseurs à hélice(s) (P0 à P7) d'avant en arrière, dans lequel chacun des propulseurs à hélice(s) (P6, P7) les plus en arrière fait partie des au moins deux propulseurs à hélice(s) associés aux actionneurs (22) d'inclinaison. Aéronef (20) selon l’une des revendications 1 ou 2, qui comporte au moins quatre propulseurs à hélice(s) (P0 à P7) associés aux actionneurs (22) d'inclinaison. Aéronef (20) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel tous les propulseurs à hélice(s) (P0 à P7) font partie des au moins deux propulseurs à hélice(s) munis d'actionneurs (22) d’inclinaison. Aéronef (20) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le fuselage (21) présente une partie avant et une partie arrière définissant un ordre des propulseurs à hélice(s) (P0 à P7) de l'avant vers l'arrière, qui comporte huit propulseurs à hélice(s), chacun desdits propulseurs à hélice(s) étant associé à un actionneur (22) d'inclinaison. Aéronef (20) selon la revendication 5, dans lequel, en vol de croisière, six propulseurs à hélice(s) avant (P0 à P5) sont orientés selon des axes verticaux et deux propulseurs à hélice(s) arrière (P6 et P7) sont orientés selon des axes horizontaux. Aéronef (20) selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel, en vol de croisière, deux propulseurs à hélice(s) (P6 et P7) les plus à l'arrière sont activés pour fournir une poussée horizontale, et six propulseurs à hélice(s) avant (P0 à P5) ne sont pas activés. Aéronef (20) selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel, entre le décollage et le vol de croisière, les six propulseurs à hélice(s) avant (P0 à P5) sont successivement orientés selon des axes verticaux et activés pour fournir une poussée verticale, puis orientés avec un angle d’inclinaison progressif et activés pour fournir une poussée oblique, puis orientés avec un angle d’inclinaison dégressif jusqu'à être orientés selon des axes verticaux. Aéronef (20) selon l’une des revendications 5 à 8, dans lequel, entre le vol de croisière et l'atterrissage, les six propulseurs à hélice(s) avant (P0 à P5) sont successivement orientés avec un angle d’inclinaison progressif et activés pour fournir une poussée oblique, puis orientés avec un angle d’inclinaison dégressif jusqu'à être orientés le long d'axes verticaux et activés pour fournir une poussée verticale. Aéronef (20) selon l’une des revendications 5 à 9, dans lequel, pendant un demi-tour, au moins un propulseur à hélice(s) (P1) le plus avant d'un côté de l'aéronef et au moins un propulseur à hélice(s) (P6) le plus arrière de l'autre côté de l'aéronef sont orientés selon des axes obliques ayant des angles d'inclinaison opposés. Aéronef (20) selon l’une des revendications 1 à 10, qui comporte des ailes (W0 à W3) positionnées au-dessus d'un plan des propulseurs à hélice(s) (P0 à P7). Aéronef (20) selon la revendication 11, dans lequel les ailes (W0 à W3) ont une forme incurvée avec une concavité tournée vers le bas. Aéronef (20) selon l’une des revendications 11 ou 12, dans lequel l'envergure maximale des ailes (W0 à W3) est inférieure à la longueur de l'aéronef. Aéronef (20) selon l’une des revendications 11 à 13, qui comporte des ailes (W0 à W3) associées à des actionneurs (23) d'inclinaison pour faire tourner les ailes autour d'axes de rotation (25) parallèles à l'axe principal du fuselage, ce qui permet de resserrer l'envergure des ailes dans une phase de vol où l'on compte moins sur la portance des ailes. Aéronef (20) selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel chaque propulseur à hélice(s) (P0 à P7) comporte au moins une hélice carénée. Aéronef (20) selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel chaque propulseur à hélice(s) (P0 à P7) comporte des hélices contrarotatives. Aéronef (20) selon l’une des revendications 1 à 16, qui comporte au moins un réservoir (61) de cryo-hydrogène et au moins une pile à combustible (63) pour alimenter les propulseurs à hélice(s) (P0 à P7). Aéronef (20) selon la revendication 17, qui comporte un condensateur (64) d'alimentation électrique des propulseurs à hélice(s) (P0 à P7), chargé par au moins une pile à combustible (63), ledit condensateur stockant une énergie électrique supérieure à l'énergie nécessaire à l'ensemble des propulseurs à hélice(s) pour dix secondes de vol stationnaire. Aéronef (20) selon l’une des revendications 1 à 18, dans lequel le fuselage (21) comporte un système d'arrimage de nacelle amovible.