Brevet FR3144972A1 — publié le 20240719

Dispositif d’amortissement (100) prévu pour être intégré dans un système (10) de levage d’une charge (2) au moyen d’un de levage câble (C, C1, C2), ledit système de levage étant prévu pour équiper un dirigeable (1), ledit dispositif comportant : un dispositif de guidage (110, 1101, 1102) dudit câble de levage selon une direction prédéterminée, ledit dispositif de guidage formant point de tir (T1, T2), et des moyens de suspension mécanique (120) dudit dispositif de guidage au dirigeable, lesdits moyens de suspension opérant selon deux directions d’un plan perpendiculaire à ladite direction prédéterminée, dit plan de suspension du dispositif de guidage. Figure pour la publication : Figure 1 Dispositif d’amortissement d’oscillations pendulaires de la charge à embarquer en soute d’un dirigeable dédié pour le transport de charges lourdes Domaine de l’invention La présente invention concerne un dispositif d’amortissement passif ou actif mis en œuvre dans le système de levage de charges, employé depuis un dirigeable/dirigeable dédié au transport de charges lourdes et conçu pour réaliser du transport de point à point et réaliser l’échange de charge (chargement/déchargement ou levage/dépose) en vol stationnaire contrôlé. La réalisation d’une telle mission par un tel appareil nécessite la sécurisation de l’échange de charge, en particulier le chargement/levage qui peut occasionner l’apparition d’oscillations de la charge (assimilable à un système pendulaire) dont la fréquence augmente au fur et à mesure que les longueurs des câbles utilisés se réduisent (l’enroulage des câbles est réalisé via un ou plusieurs treuils). ETAT DE LA TECHNIQUE Le transport de charge de point à point, en absence d’infrastructures routières, ferroviaires ou aéroportuaires, n’est à l’heure actuelle réalisable que par l’emploi d’hélicoptères (ou aéronefs dont la sustentation et la propulsion sont assurées par une voilure tournante entraînée par un rotor motorisé), dont la charge utile maximum est limitée à quelques tonnes. La consommation élevée de carburant, la faible charge utile maximum et donc le coût opérationnel de cette solution ouvrent une opportunité pour des aéronefs pouvant offrir une plus grande charge utile maximum, une consommation de carburant plus réduite, donc un coût d’exploitation plus faible et un rayon d’action comparable. Les dirigeables répondent à ces exigences de par le fait que leur sustentation est assurée par la poussée d’Archimède, que leur charge utile maximum peut être portée jusqu’à plusieurs dizaines de tonnes et qu’ils offrent également la possibilité de réaliser un chargement et déchargement en vol stationnaire. Il faut cependant résoudre le problème des oscillations de la charge. Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un dispositif d’amortissement prévu pour être intégré dans un système de levage d’une charge au moyen d’un de levage câble, le système de levage étant prévu pour équiper un dirigeable, ledit dispositif comportant : un dispositif de guidage du câble de levage selon une direction prédéterminée, ledit dispositif de guidage formant point de tir, et des moyens de suspension mécanique du dispositif de guidage au dirigeable, les moyens de suspension opérant selon deux directions d’un plan perpendiculaire à ladite direction prédéterminée, dit plan de suspension du dispositif de guidage. Selon une possibilité, les moyens de suspension mécaniques sont passifs. Selon une autre possibilité, les moyens de suspension mécaniques sont actifs. Les moyens de suspension mécaniques peuvent être de type électromécanique ou hydraulique. Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un système de levage intégrant un dispositif d’amortissement selon le premier aspect de l’invention. Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un dirigeable mettant en œuvre un système de levage selon le deuxième aspect de l’invention. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels : est une vue d’ensemble d’un dirigeable en cours d’opération de levage, est une vue latérale du dirigeable représenté sur , est également une vue rapprochée d’un dirigeable en vol stationnaire, pendant le chargement de la grume, avec une solution d’amortissement mise en œuvre est une vue schématique isométrique d’une architecture d’un dispositif d’amortissement selon l’invention, avec une charge suspendue, est une vue rapprochée d’un dirigeable en vol stationnaire, pendant le chargement d’une grume, avec une solution d’amortissement mise en œuvre, est encore une vue rapprochée d’un dirigeable en vol stationnaire, pendant le chargement de la grume, avec une solution d’amortissement mise en œuvre, présente deux détails du mécanisme de guidage pour permettre la suspension du point de tir avec des amortisseurs hydrauliques, présente une vue de dessus d’une mode de réalisation du dispositif de avec une solution d’amortissement passif, présente une vue de dessus d’une mode de réalisation du dispositif de avec une solution d’amortissement actif, présente une vue de dessus d’une mode de réalisation du dispositif de avec une autre solution d’amortissement actif, présente un schéma-bloc représentant le principe de l’asservissement mis en œuvre dans la solution d’amortissement actif. est une vue schématique isométrique d’une architecture d’un dispositif d’amortissement selon l’invention, avec une charge suspendue, présente des détails en vue isométrique de dessus, de droite et de gauche, sur l’oscillation du câble passant par le mécanisme d’articulation suspendu. Description de modes de réalisation Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Sur les figures un élément apparaissant sur plusieurs figures conserve la même référence. illustre est une vue d’ensemble d’un dirigeable 1 en vol stationnaire, au cours d’opération de levage d’une charge 2 par un système de levage 10, notamment au moyen de câbles de levage C1, C2. est une vue latérale du dirigeable représenté sur , pendant le chargement d’une grume 2 en tant que charge. Selon l’art antérieur : une extrémité du câble C1 est fixée au niveau d’un point d’attache A3 de la charge 2, tandis que l’autre extrémité dudit câble passe par un point de tir T1 au niveau d’un treuil (non représenté) fixé dans une soute S du dirigeable 1. une extrémité du câble C2 est fixée au niveau d’un point d’attache 3 de la charge 2, tandis que l’autre extrémité dudit câble passe par un point de tir T2 au niveau d’un treuil (non représenté) fixé dans la soute S du dirigeable 1. illustre sur sa partie gauche une vue rapprochée d’un dirigeable 1 équipé d’un système de levage 10 intégrant un dispositif 100 selon l’invention, pendant le chargement d’une charge 2. Le dirigeable présente une direction longitudinale, aussi appelé axe de roulis, selon un vecteur i, une direction transversale, aussi appelé axe de tangage, selon un vecteur j et une direction de lacet selon un vecteur k. Comme selon l’art antérieur, dans l’exemple représenté, la grume faisant charge 2 est soulevée par deux câbles C1, respectivement C2. Les deux câbles C1, respectivement C2, sont enroulés par, et déroulés depuis, deux treuils, Tr1, respectivement Tr2. Les treuils Tr1 et Tr2 ne sont pas disposés dans la soute S. Néanmoins, ils pourraient y être disposés. Le dispositif 100 comporte deux dispositifs de guidage 1101 et 1102 de chacun des câbles de levages selon une direction prédéterminée. Les deux dispositifs 110 étant mieux visibles sur d’autres figures. Selon l’exemple représenté, la direction prédéterminée de chacun des deux dispositifs de guidage est la direction de lacet. D’autres directions sont possibles et les deux directions ne sont pas nécessairement parallèles. Comme cela sera mieux compris par la suite, chacun des dispositifs 100 comporte des moyens de suspension mécanique du dispositif de guidage 100 au dirigeable, les moyens de suspension opérant selon deux directions d’un plan perpendiculaire à ladite direction prédéterminée, dit plan de suspension du dispositif de guidage. Dans l’exemple représenté, chacune des directions prédéterminées étant la direction de lacet, le plan de suspension de chacun des dispositifs de guidage 1101 et 1102 est un plan formé par la direction longitudinale et la direction de tangage. D’autres plans sont possibles. La distance, selon la direction prédéterminée, entre un treuil et un dispositif de guidage associé est appelée distance de tir associée au dispositif de guidage. Dans l’exemple représenté, la distance de tir associée au dispositif de guidage 1101 d’une part, et la distance de tir associée au dispositif de guidage 1102 d’une part d’autre part, sont égales. En conséquence, le plan de suspension du dispositif de guidage 1101 est confondu avec le plan de suspension du dispositif de guidage 1102. Ce n’est pas nécessairement le cas. Les moyens de suspension mécanique sont agencés de sorte que le dispositif de guidage associé est uniquement capable de déplacement selon le plan de suspension du dispositif de guidage. Plus généralement, la liaison entre le dispositif de guidage 110 et les moyens de suspension mécaniques associés présente deux degrés de liberté formés par les deux translations dans le plan de suspension du dispositif de guidage. Aussi, les points de tirs T1 et T2 peuvent se déplacer dans le plan formé par les vecteurs i et j représentés sur la figure. Par la suite, l’angle d’un point de tir par rapport au vecteur i est noté θ, tandis que l’angle d’un point de tir par rapport au vecteur j est noté φ. illustre une architecture d’un dispositif 100 d’amortissement prévu pour être intégré dans le système de levage de la charge 2. Le dispositif 100 comporte : un dispositif de guidage 110 du câble de levage, et des moyens de suspension mécanique 120 du dispositif de guidage au dirigeable, les moyens de suspension autorisant un déplacement du dispositif de guidage dans un plan prédéterminé. Plus précisément et comme illustré sur la figure, les moyens 120 de suspension mécanique sont formés de quatre vérins mécaniques vX, vXz, vY, vYz formant amortisseurs. Chacun des vérins mécaniques vX, respectivement vY, est liaisonné à une extrémité par rotule au dirigeable et est liaisonné à une autre extrémité par rotule au dispositif de guidage 110. Chacun des vérins mécaniques vXz et vYz est liaisonné à une extrémité par rotule au dirigeable et liaisonné à une autre extrémité par rotule à un vérin mécanique vX, respectivement vY. Les vérins vXz, respectivement vYz, permettent un déplacement du dispositif de guidage selon le plan formé par les vecteurs i et k, respectivement selon le plan formé par les vecteurs j et k. Plus précisément, le vérin vX autorise un déplacement du dispositif 110 de guidage selon la direction i, c’est-à-dire la direction longitudinale, tandis que le vérin vY autorise un déplacement dans du dispositif de guidage 110 selon le vecteur j, c’est-à-dire la direction transversale. Le dispositif de guidage 110 peut ainsi être déplacé dans le plan formé par les vecteurs i et k. Ainsi, le dispositif d’amortissement dissipe les oscillations : il y a transmission possible d’un effort-vitesse (c’est-à-dire d’une puissance mécanique) lié à l’oscillation de la charge suspendue au câble à la suspension mécanique dissipant l’énergie de cette oscillation, comme cela est illustré par et : illustre un déplacement de la grume 2 vers la proue du dirigeable 1. Les points de tirs T1 et T2 sont alors déplacés selon le vecteur i vers la proue du dirigeable. illustre un déplacement de la grume 2 vers la poupe du dirigeable 1. Les points de tirs T1 et T2 sont alors déplacés selon le vecteur i vers la poupe du dirigeable. illustre des détails du mécanisme de guidage nécessaire pour permettre la suspension du point de tir. La partie de gauche de propose dans une zone supérieure une vue latérale en coupe du mécanisme de guidage 110 du câble C avec arraché selon un plan formé par les vecteurs i et k. Une zone inférieure de la partie gauche de la propose une vue de dessus en coupe du mécanisme de guidage 110 selon un plan formé par les vecteurs i et j. Le mécanisme de guidage 110 du câble C est une liaison glissière de direction k, formée par des rouleaux. La partie de droite de propose une vue latérale des vérins mécaniques v1 et v2 précédemment décrits, dans un plan formé par les vecteurs i et k. présente une vue de dessus un schéma hydraulique du mode de réalisation des moyens de suspensions 120 du dispositif de guidage 100 de la . Les moyens 120 de suspension mécanique sont formés : d’un vérin hydraulique pour l’amortissement selon la direction X, formée par le vecteur i, dont une partie, corps ou tige de vérin, est fixée sur le dispositif de guidage 100 et l’autre partie est liaisonnée au dirigeable au moyen d’une rotule. d’un vérin hydraulique pour l’amortissement selon la direction Y dont une partie, corps ou tige de vérin, est fixée sur le dispositif de guidage 110 et l’autre partie est liaisonné au dirigeable au moyen d’une rotule. La figure illustre que chacun des deux vérins est équivalent à une suspension formée d’un ressort et d’un amortisseur disposés en parallèle. présente une vue de dessus d’un mode de réalisation hydraulique du dispositif de avec une solution d’amortissement actif, Le dispositif de guidage 100 formant point de tir est suspendu mécaniquement et contrôlé en position par deux actionneurs vérins hydrauliques vX et vY, pour un positionnement selon l’axe Y, respectivement l’axe X. Le dispositif de suspension comporte en outre : un distributeur 4/2 d’activation passif-actifs 130 présentant quatre orifices, dont deux orifices sont dits orifice d’entrée et orifice de sortie, chacun des deux orifices de sortie étant fluidiquement raccordé à une chambre respective du vérin vY, le distributeur présentant une position de repos et une position de travail ; un distributeur 4/3 d’activation de puissance contrôlé 140 pour commander le vérin vY, présentant quatre orifices, dont deux orifices sont dits orifice d’entrée et orifice de sortie, chacun des deux orifices de sortie étant fluidiquement raccordé aux orifices d’entrée du distributeur 130, le distributeur présentant une position de repos et deux positions de travail ; un circuit d’alimentation en haute pression raccordé à l’un des orifices d’entrée du distributeur 140, et un circuit de retour en basse pression raccordé à l’autre des orifices d’entrée du distributeur 140. Dans la position de repos, stable, du distributeur 130, les deux orifices de sortie communiquent, les deux chambres du vérin vY étant alors directement raccordées. Dans la position de travail du distributeur 130, chacun des orifices de sortie est raccordé à un orifice d’entrée respectif. La sélection de la position du distributeur 130 est commandée par des signaux de commande S. Dans la position de repos, stable, tous les orifices sont fermés. Dans une première position de travail, un premier orifice d’entrée est raccordé à un premier orifice de sortie et un deuxième orifice d’entrée est raccordé à un deuxième orifice de sortie. Dans une deuxième position de travail, le premier orifice d’entrée est raccordé au deuxième orifice de sortie et le deuxième orifice d’entrée est raccordé au premier orifice de sortie. La sélection de la position du distributeur 130 est commandée par des signaux de commande S. De manière similaire, le dispositif de suspension comporte en outre un distributeur 4/2 d’activation passif-actif du vérin vX, un distributeur 4/3 d’activation de puissance contrôlé pour commander ledit et est raccordé à un circuit d’alimentation en haute pression et de retour en basse pression. présente une vue de dessus d’un mode de réalisation électromécanique d’un dispositif d’amortissement selon l’invention, Deux actionneurs mécaniques, AX, et Ay, à tiges sont commandés par des signaux de commandes Sx, Sy, pour positionner le dispositif de guidage 110 point de tir avec transmission d’efforts-vitesses de sorte à dissiper activement les oscillations de la charge suspendue. est un schéma-bloc décrivant le principe de fonctionnement d’une logique possible d’asservissement mise en œuvre dans la solution d’amortissement actif, valable autant pour les actionneurs hydrauliques qu’électromécaniques. L’asservissement en position de chacun des actionneurs est réalisé par la mesure de leur position de tige respective via des capteurs type LVDT (pour l’anglais Linear Variable Differential Transformer ). Le dispositif selon l’invention comporte des capteurs d’angle intégrés dans le mécanisme d’articulation pour la suspension du point de tir, pour mesure l’angle du câble au niveau du point de tir θ et φ : quand l’angle θ (en valeur absolue) dépasse une valeur seuil (supérieur ou égale à θseuil) ET que sa dérivée première (vitesse angulaire dθ/dt) est inférieure (en valeur absolue) à une valeur seuil Ωseuil, l’actionneur X se déploie (ou se rétracte) d’une certaine portion de sa course totale selon une consigne (commande) proportionnelle la valeur (signée, positive ou négative) de θ mesurée en radians, transmettant ainsi l’effort-vitesse nécessaire à la dissipation de l’oscillation de la charge suspendue. quand l’angle φ (en valeur absolue) dépasse une valeur seuil (supérieur ou égale à φseuil) ET que sa dérivée première (vitesse angulaire dφ/dt) est inférieure (en valeur absolue) à une valeur seuil Ωseuil, l’actionneur Y se déploie (ou se rétracte) d’une certaine portion de sa course totale selon une consigne (commande) proportionnelle la valeur (signée, positive ou négative) de φ mesurée en radians, transmettant ainsi l’effort-vitesse nécessaire à la dissipation de l’oscillation de la charge suspendue. La combinaison des actions des deux actionneurs Ax et Ay sur le point de tir suspendu 110 permet donc la dissipation des oscillations de charge quelle que soit la direction (dans le plan XY) selon laquelle elle oscille. Bien entendu, une même logique de commande pourrait être mise en œuvre pour une solution active de nature hydraulique telle que schématisée en . propose différentes vues de l’architecture du dispositif d’amortissement tel que proposé dans la présente invention avec la charge suspendue. Les ressorts-amortisseurs sont des représentations schématiques équivalentes aux actionneurs mis en œuvre pour réaliser l’amortissement. Le mécanisme d’articulation suspendu intègre les capteurs (dispositif senseur) nécessaires à la mesure des angles θ et φ. Conformément à la logique d’asservissement représenté en figure , ces mesures sont nécessaires pour le contrôle en position des tiges d’actionneurs X et Y. illustre une séquence d’étapes implémentant l’amortissement actif des oscillations de charge appliquée à un seul actionneur X agissant sur le positionnement du mécanisme d’articulation suspendu. Les figures représentent de façon schématique les étapes successives (1 à 7) implémentant l’amortissement actif avec un seul actionneur (celui agissant suivant l’axe X) mais le principe est exactement le même pour l’axe Y et pour la combinaison des 2 axes X et Y combinés. Les mouvements d’extension et de rétractation de la tige de l’actionneur selon la logique d’asservissement (détaillée ci-dessous) permettant de réaliser l’amortissement actif des oscillations de la charge. À l’étape 1, l’angle θ 1 est dessus de la valeur seuil θseuil et lorsque la vitesse dθ/dt est en dessous du seuil Ω seuil, ce qui provoque l’extension de la tige de l’actionneur proportionnellement à la valeur de l’angle θ 1 à l’étape 2. À l’étape 3, l’angle θ 2 est dessus de la valeur seuil θseuil et lorsque la vitesse dθ/dt est en dessous du seuil Ω seuil, ce qui provoque la rétractation de la tige de l’actionneur proportionnellement à la valeur de l’angle θ 2 (car ayant un signe opposé à θ1) à l’étape 4. L’étape 5 est dans le principe équivalente à l’étape 1, mais avec une valeur de l’angle θ 3 plus faible que θ1 (l’énergie d’oscillation de la charge ayant été en partie dissipée au cours des étapes précédentes par la transmission de l’effort-vitesse au point d’articulation suspendu), l’extension de la tige de l’actionneur est donc moins importante qu’à l’étape 2. À l’étape 6, la charge est totalement calmée car l’énergie d’oscillation complètement dissipée, et l’actionneur se rétracte une dernière fois à l’étape 7 pour revenir à une position d’équilibre. Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. Dispositif d’amortissement (100) prévu pour être intégré dans un système (10) de levage d’une charge (2) au moyen d’un de levage câble (C, C1, C2), ledit système de levage étant prévu pour équiper un dirigeable (1), ledit dispositif comportant : un dispositif de guidage (110, 1101, 1102) dudit câble de levage selon une direction prédéterminée, ledit dispositif de guidage formant point de tir (T1, T2), et des moyens de suspension mécanique (120) dudit dispositif de guidage au dirigeable, lesdits moyens de suspension opérant selon deux directions d’un plan perpendiculaire à ladite direction prédéterminée, dit plan de suspension du dispositif de guidage. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de suspension mécaniques sont passifs. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de suspension mécaniques sont actifs. Dispositif selon la revendication l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de suspension mécaniques sont de type électromécanique ou hydraulique. Système de levage (S) intégrant un dispositif d’amortissement selon l’une quelconque des revendications précédentes. Dirigeable (1) mettant en œuvre un système de levage (10) selon la revendication précédente.