Brevet FR3130250A1 — publié le 20230616

L’invention se rapporte à une structure d’accueil (3) d’une nacelle (7) d’aile volante reliée par un ombilic (5) à un navire, cette structure d’accueil (3) comportant un bâti (3a), au moins une poulie de liaison (3b) de l’ombilic (5), celle-ci étant montée sur un châssis (3d), ainsi qu’un bras suiveur (3c) et un support (4) de nacelle. Ce support (4) de nacelle comporte au moins deux plateaux (4a, 4b) superposés, au moins un moyen de rappel élastique et déformable de solidarisation des plateaux ainsi qu’un moyen de guidage et de captage de l’ombilic (5), le support (4) étant relié au bâti (3a) par au moins un bras redresseur (6) mobile entre une position de stockage de la nacelle, une position de décollage de la nacelle (7), une position de croisière à distance de l’ombilic (5), une position de captage de l’ombilic (5) et une position d’atterrissage de la nacelle (7). Figure de l’abrégé : [Fig. 3] Structure d’accueil d’une nacelle d’aile volante de traction et Procédé de décollage et d’atterrissage d’une telle nacelle. L’invention se rapporte à une structure d’accueil d’une nacelle d’aile volante de traction, ainsi qu’à un procédé de décollage et d’atterrissage de nacelle d’aile volante de traction utilisant une telle structure. Une aile de traction est classiquement adaptée à se déployer et à générer une force de traction sous l’effet du vent, ainsi qu’à se replier de la façon suivante : - lorsque l’aile volante est rangée, la nacelle est posée sur sa structure d’accueil, elle-même solidaire d’une plateforme de base - lorsque l’aile volante se déploie, la nacelle décolle avec l’aile et quitte sa structure d’accueil ; - lorsque l’aile volante se replie, la nacelle atterrit sur la structure d’accueil, et - lorsque l’aile volante est repliée, la nacelle est posée sur la structure d’accueil. Une telle aile volante de traction est utilisée pour la propulsion d’un véhicule – notamment un navire – ou pour toute application tirant profit d’une telle force de traction comme pour la production d’électricité. Dans le domaine du transport maritime en particulier, cette aile volante de traction est capable de fournir à un navire un moyen de propulsion principal ou complémentaire. Un tel navire est en général propulsé par un moteur alimenté en combustible lourd comme le fioul qui émet une grande quantité de polluants (oxydes de soufre, oxydes d’azote et dioxyde de carbone). Compléter ou remplacer ce moyen de propulsion polluant par une aile de traction permet de baisser la consommation d’hydrocarbures, de diminuer l’émission de polluants et de bénéficier d’une source d’énergie propre et renouvelable. ÉTAT DE LA TECHNIQUE Le principe de l’aile volante de traction repose sur le déploiement d’une aile volante, celle-ci fournissant une force de traction une fois déployée et gonflée. Une telle aile est classiquement solidaire d’une nacelle qui est reliée par un câble de traction, dit ombilic, à une plateforme du véhicule. La nacelle embarque généralement des modules de contrôle de l’aile. Lorsque l’aile n’est pas déployée, elle est rangée avec la nacelle et l’ombilic dans un caisson de stockage commun. La nacelle accompagne donc l’aile volante en particulier lors de son déploiement et lors de son repliement. La nacelle est usuellement guidée par un opérateur lors de son envol pendant le déploiement et lors de son atterrissage pendant le repliement. Ce guidage permet d’assurer que la ligne, la nacelle et la voile ne soient pas emmêlés lors de leur sortie et de leur rangement dans le caisson de stockage commun. Ces étapes nécessitent donc une intervention humaine et une vérification visuelle à chaque déploiement/repliement. Or cette intervention humaine limite la taille de la nacelle et de son contenu. En outre, une nacelle plus complexe comportant des sondes, des balises ou tout autre équipement requis dans le cadre de l’utilisation de l’aile, devient difficilement manipulable par un opérateur. De plus une telle nacelle étant stockée sous l’aile dans le caisson de stockage, elle est inaccessible pour effectuer une maintenance de ses équipements. Cette nacelle présente également l’inconvénient d’être en permanence suspendue pendant toute la durée de déploiement de l’aile, ce qui peut en entraver son déploiement par la masse supplémentaire qu’elle doit supporter – la masse de la nacelle. De plus la position de la nacelle n’est pas maitrisée pendant toute les phases de déploiement et de repliement : la probabilité des risques de collision de la nacelle avec l’environnement augmente alors sensiblement. Afin de remédier aux inconvénients de l’état de la technique exposés ci-dessus, l’invention a pour objectif principal d’améliorer le contrôle de la nacelle à l’aide d’un positionnement variable permettant de porter la nacelle pendant le déploiement de l’aile volante de traction, de réceptionner la nacelle pendant le repliement de l’aile et d’être escamoté de l’ombilic après l’envol de l’aile, la nacelle s’adaptant ainsi aux mouvements de l’aile et de la ligne. Plus précisément, la présente invention a pour objet une structure d’accueil d’une nacelle d’aile volante de navire, cette nacelle étant reliée par un ombilic à un navire. Cette structure comporte un bâti définissant un plan horizontal, au moins une poulie de liaison de l’ombilic, celle-ci étant montée sur un châssis, ainsi qu’un bras suiveur et un support de nacelle. Le support comporte : - au moins deux plateaux superposés, un plateau dit inférieur sous un plateau dit supérieur, le plateau supérieur accueillant la nacelle ; - au moins un moyen de rappel élastique et déformable de solidarisation des plateaux ; - au moins un moyen de guidage et de captage de l’ombilic. Le support est relié au bâti par au moins un bras redresseur fixé sur le plateau inférieur et mobile par rapport au bâti entre au moins une position de stockage de la nacelle, une position de décollage de la nacelle, une position de croisière à distance de l’ombilic, une position de captage de l’ombilic et une position d’atterrissage de la nacelle. Avantageusement, une architecture en multi-plateaux solidarisés par des moyens de rappel élastique permet d’accompagner les mouvements de la nacelle avant son décollage et d’amortir son atterrissage. Ainsi, l’accompagnement lors du décollage et de l’atterrissage diminue les tensions dans l’ombilic ainsi que dans l’aile de traction, et aide à optimiser le dimensionnement de ces éléments. L’amortissement de la nacelle lors de l’atterrissage diminue l’impact lors du contact entre la nacelle et le support : le matériel contenu dans la nacelle subit moins de secousses lors de ce contact, ce qui diminue le besoin en protection de ce matériel ainsi que la masse globale de la nacelle. Avantageusement également, le système de guidage et de captage de l’ombilic intégré au support permet de guider l’ombilic et donc la nacelle dans une position favorable à la réception et à l’atterrissage de celle-ci, sans besoin de guidage manuel par un opérateur. Le guidage manuel par un opérateur est limité par la force que celui-ci peut exercer et par conséquence limite également l’encombrement et la masse de la nacelle. Le moyen de guidage selon la présente invention permettrait donc d’utiliser des nacelles de masse et d’encombrement plus importants en limitant les risques liés à la sécurité. Avantageusement également, le support est mobile pour suivre les mouvements de la nacelle : la course du support s’adapte à celle de la nacelle et une fois que celle-ci est en vol, le support s’escamote en position de croisière pour ne pas entraver les mouvements de l’ombilic et donc de l’aile, alors qu’une telle entrave réduirait l’efficacité de l’aile volante. Selon des formes de réalisation préférées, prises séparément ou en combinaison : - le support est relié au bâti par deux bras redresseurs localisés de part et d’autre de la poulie d’entrainement et solidarisés à l’une de leurs extrémités par une barre transverse ; - le plateau inférieur du support est vissé à la barre transverse ; - les bras redresseurs sont mobiles en rotation autour d’un axe parallèle au plan horizontal et sont actionnés par au moins un mécanisme d’entrainement ; - le mécanisme d’entrainement est constitué par des vérins ; - en position de stockage, le support est dans un plan parallèle au plan horizontal et l’ombilic forme un angle compris entre 60° et 120° par rapport au plan horizontal ; - le plateau supérieur présente un moyen de centrage de la nacelle ; - les moyens de rappel élastique sont constitués par 3 ressorts pour optimiser la stabilisation les plateaux ; - le plateau supérieur peut basculer par rapport au plateau inférieur d’un angle inférieur à 30° ; - le moyen de guidage et de captage ramène l’ombilic à partir d’un angle maximum de 40° par rapport à un axe vertical perpendiculaire au plan horizontal: - le moyen de guidage est intégré au plateau inférieur ; - le moyen de guidage est en plastique tel que le DELRIN ; - le châssis de la poulie de liaison est équilibré et articulé latéralement autour d’un axe perpendiculaire à l’axe de rotation des bras redresseurs et parallèle au plan horizontal ; - au moins un bras redresseur est équipé d’un galet de guidage ; - le châssis de la poulie de liaison comporte au moins une piste de guidage en vis-à-vis de chaque galet de guidage ; - la structure d’accueil comporte des capteurs de position des bras redresseurs, du châssis de la poulie de liaison et du bras suiveur ; - au moins un capteur de présence sur le plateau supérieur détecte la présence de la nacelle, et - au moins un capteur sur le plateau inférieur au voisinage des moyens de rappel élastique détecte la position et le centrage du plateau supérieur par rapport au plateau inférieur pour verrouiller la nacelle sur le support en position de stockage. L’invention se rapporte également à un procédé de décollage et d’atterrissage d’une nacelle d’aile volante sur le support d’une structure d’accueil. Le décollage de la nacelle à partir de la position de stockage se déroule selon les étapes suivantes : - une étape de basculement du support et de la nacelle vers la position de décollage ; - une étape de déploiement de l’aile volante ; - le décollage de la nacelle et le déroulement de l’ombilic qui s’étend dans un champ de déplacement, et - un basculement du support jusqu’à être écarté du champ de déplacement de l’ombilic vers la position de croisière. Et l’atterrissage de la nacelle pour rejoindre la position de stockage se déroule selon les étapes suivantes : - une étape de descente de l’aile et de la nacelle par traction sur l’ombilic ; - un basculement retour du support qui entre dans le champ de déplacement de l’ombilic ; - un captage puis centrage de l’ombilic pendant le basculement retour du support qui réduit progressivement le champ de déplacement de l’ombilic ; - un basculement retour du support jusqu’à la position d’atterrissage; - l’atterrissage de la nacelle sur le support, et - un basculement vers la position de stockage. Avantageusement, le décollage et l’atterrissage de la nacelle sont dissociés respectivement de l’envol et du repliement de l’aile, permettant ainsi de réduire les risques d’emmêlement des lignes. De plus, en position de stockage, la nacelle est posée sur son support ce qui la rend accessible pour des opérations de maintenance. Avantageusement également, lors du décollage, la cinématique de basculement de la nacelle suit l’alignement de l’ombilic et favorise ainsi l’envol de l’aile en réduisant la tension de l’ombilic. Lors de l’atterrissage, l’étape de captage et de centrage de l’ombilic sécurise le retour de la nacelle en guidant la nacelle vers le support. Selon des formes de mise en œuvre préférées prises individuellement ou en combinaison : - le décollage et l’atterrissage de la nacelle sont automatisés par localisation du basculement du support, du bras suiveur et de la poulie de liaison ainsi que par asservissement du basculement des bras redresseurs ; - la position de décollage est atteinte lorsque le basculement du support induit une inclinaison de l’ombilic d’un angle compris entre 70° et 80° par rapport au plan horizontal ; - en position de décollage, une étape de basculement de la nacelle par rapport au support pour que la nacelle suive la direction de l’aile; - en position de croisière, les bras redresseurs arrivent en butée du bâti pour escamoter le support du champ de déplacement de l’ombilic qui est inclus dans un cône de demi-angle au sommet égal à 80° et d’axe perpendiculaire au plan horizontal ; - lors de l’étape de captage, le champ de déplacement de l’ombilic est inclus dans un cône de demi-angle au sommet égal à 20°. - un guidage et de maintien de la poulie de liaison par les bras redresseurs pendant l’étape de captage de l’ombilic pour amener la poulie à la verticale lors de la position d’atterrissage ; - un amortissement de la nacelle pendant l’atterrissage sur le support, et - une étape de tension de l’ombilic après détection de l’atterrissage de la nacelle sur le support pour maintenir la nacelle sur le support. Avantageusement, le procédé est automatisé et permet un décollage et un atterrissage autonome de la nacelle sans l’intervention d’un opérateur à proximité de la nacelle. De plus, les déplacements de la nacelle lors de l’atterrissage sont contrôlés – notamment lors du captage de l’ombilic – ce qui améliore la sécurité relative à ces déplacements, en particulier par la diminution des risques de chocs dans l’environnement proche de la nacelle et de la station d’accueil. PRESENTATION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture qui suit d’un exemple de réalisation détaillé sans en limiter la portée, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : – la , une vue en latérale du déploiement d’une aile de traction ; – la , une vue en perspective d’une plateforme sur laquelle sont disposées deux structures d’accueil et deux nacelles en position de stockage ; – la , une vue en perspective de la structure d’accueil avec la nacelle en position de stockage ; – la , une vue latérale de la structure d’accueil en position de stockage ; – la , une vue latérale de la structure d’accueil en position de stockage avec la libération du plateau supérieur ; – la , une vue latérale de la structure d’accueil en position de décollage après basculement du plateau supérieur du support ; – la , une vue latérale de la structure d’accueil en position de croisière ; – la , une vue latérale de la structure d’accueil en position de captage de l’ombilic ; – la , une vue en perspective du support, et – la , un logigramme de procédé de décollage et d’atterrissage de la nacelle de son support. Structure d’accueil (3) de nacelle (7) d’aile (1) volante reliée par un ombilic (5) à un navire, cette structure (3) comportant un bâti (3a) définissant un plan horizontal (H), au moins une poulie de liaison (3b) de l’ombilic (5), la poulie de liaison (3b) étant montée sur un châssis (3d), ainsi qu’un bras suiveur (3c) et un support (4) de nacelle (7), caractérisée en ce que le support (4) comporte : - au moins deux plateaux superposés, un plateau dit inférieur (4a) sous un plateau dit supérieur (4b), le plateau supérieur (4b) accueillant la nacelle (7) ; - au moins un moyen de rappel élastique et déformable de solidarisation des plateaux (4a, 4b), et - au moins un moyen de guidage et de captage de l’ombilic (5). et caractérisée en ce que le support (4) est relié au bâti (3a) par au moins un bras redresseur (6) fixé sur le plateau inférieur (4a) et mobile par rapport au bâti (3a) entre une position (P1) de stockage de la nacelle (7), une position (P2) de décollage de la nacelle (7), une position (P3) de croisière à distance de l’ombilic (5), une position (P4) de captage de l’ombilic (5) ) et une position (P5) d’atterrissage de la nacelle (7). Structure d’accueil (3) selon la revendication précédente, dans laquelle le support (4) est relié par deux bras redresseurs (6) localisés de part et d’autre de la poulie d’entrainement (3b) et solidarisés à l’une de leurs extrémités (6a) par une barre transverse (6b). Structure d’accueil (3) selon la revendication précédente, dans laquelle le plateau inférieur (4a) du support (4) est vissé à la barre transverse (6b). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle les bras redresseurs (6) sont mobiles en rotation autour d’un axe (P’) parallèle au plan horizontal (H) et sont actionnés par au moins un mécanisme d’entrainement. Structure d’accueil (3) selon la revendication précédente, dans laquelle le mécanisme d’entrainement est constitué par des vérins (6c). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle en position de stockage, le support (4) est dans un plan parallèle au plan horizontal (H) et l’ombilic (5) forme un angle compris entre 60° et 120° par rapport au plan horizontal (H). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le plateau supérieur (4b) présente un moyen de centrage de la nacelle (7). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle les moyens de rappel élastique sont constitués par trois ressorts (4e). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le plateau supérieur (4b) bascule par rapport au plateau inférieur (4a) d’un angle inférieur à 30°. Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle le moyen de guidage et de captage ramène l’ombilic (5) à partir d’un angle maximum de 40° par rapport à un axe vertical perpendiculaire au plan horizontal (H). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le moyen de guidage est intégré au plateau inférieur (4a). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans laquelle le moyen de guidage est en plastique tel que le DELRIN. Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle le châssis (3d) de la poulie de liaison (3b) est équilibré et articulé latéralement autour d’un axe (Q) perpendiculaire à l’axe de rotation des bras redresseurs et parallèle au plan horizontal (H). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle au moins un bras redresseur (6) est équipé d’un galet de guidage (6d). Structure d’accueil (3) selon la revendication précédente, dans laquelle le châssis (3d) de la poulie de liaison (3b) comporte au moins une piste de guidage (6e) en vis-à-vis de chaque galet de guidage (6d). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans laquelle la structure d’accueil comporte des capteurs de position des bras redresseurs (6), du châssis (3d) de la poulie de liaison (3b) et du bras suiveur (3c). Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans laquelle la structure d’accueil comporte au moins un capteur de présence sur le plateau supérieur. Structure d’accueil (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, dans laquelle le plateau inférieur (4a) comporte au moins un capteur (3i) au voisinage des moyens de rappel élastique. Procédé de décollage et d’atterrissage d’une nacelle (5) d’aile (1) volante sur le support (4) d’une structure d’accueil (3), caractérisé en ce que le décollage de la nacelle (5) à partir de la position de stockage (P1) se déroule selon les étapes suivantes : - une étape (E1) de basculement du support (4) et de la nacelle vers la position de décollage (P2) ; - une étape (E2) de déploiement de l’aile (1) volante ; - une étape (E4) de décollage de la nacelle (7) et de déroulement de l’ombilic (5) qui s’étend dans un champ de déplacement , et - une étape (E5) de basculement du support (4) vers la position de croisière (P3), et caractérisé en ce que l’atterrissage de la nacelle (7) se déroule selon les étapes suivantes : - une étape (E6) de descente de l’aile (1) volante et de la nacelle (7) par traction sur l’ombilic (5) ; - une étape (E7) de basculement retour du support (4) ; - une étape (E8) de captage puis de centrage de l’ombilic (5) pendant le basculement retour du support (4) ; - une étape (E9) de basculement retour du support (4) jusqu’à la position d’atterrissage (P5) ; - une étape (E10) d’atterrissage de la nacelle (7) sur le support (4), et - une étape (E11) de basculement vers la position de stockage (P1). Procédé de décollage et d’atterrissage selon la revendication 19 dans lequel le décollage et l’atterrissage de la nacelle (7) sont automatisés par localisation du basculement du support (4), du bras suiveur (3c) et de la poulie de liaison (3b) ainsi que par asservissement du basculement des bras redresseurs (6). Procédé de décollage et d’atterrissage selon l’une quelconque des revendications 19 à 20 dans lequel en position de décollage (P2) l’angle de l’inclinaison de l’ombilic (5) est compris entre 70° et 80° par rapport au plan horizontal (H). Procédé de décollage et d’atterrissage selon l’une quelconque des revendications 19 à 21 dans lequel le procédé comporte après l’étape (E2) une étape (E3) de basculement de la nacelle (7) par rapport au support (4). Procédé de décollage et d’atterrissage selon l’une quelconque des revendications 19 à 22 dans lequel en position de croisière (P3) les bras redresseurs (6) arrivent en butée du bâti (3a). Procédé de décollage et d’atterrissage selon l’une quelconque des revendications 19 à 23 dans lequel le champ de déplacement de l’ombilic (5) lors de l’étape de captage (E8) est inclus dans un cône de demi-angle au sommet égal à 20°. Procédé de décollage et d’atterrissage selon l’une quelconque des revendications 19 à 24 dans lequel pendant l’étape (E8) les bras redresseurs (6) guident et maintiennent la poulie de liaison (3b). Procédé de décollage et d’atterrissage selon l’une quelconque des revendications 19 à 25 dans lequel pendant l’étape (E10) la nacelle (7) est amortie pendant l’atterrissage sur le support (4). Procédé de décollage et d’atterrissage selon l’une quelconque des revendications 19 à 26 dans lequel pendant l’étape (E10) l’ombilic (5) est mis sous tension après détection de l’atterrissage de la nacelle (7) sur le support (4).