INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
On peut définir trois plans de référence. Le premier plan de référence, le plan de symétrie principal (plan de symétrie vertical ci-dessus), est le plan pour lequel la machine présente une symétrie gauche-droite. Le plan de symétrie principal contient la ligne qui est colinéaire avec la direction de croisière et qui passe par le centre de masse de l'aéronef. Le deuxième plan de référence, le plan supérieur, contient également le centre de masse de l'aéronef, est orthogonal au plan de symétrie principal et parallèle à l'axe d'inclinaison des propulseurs à hélice(s). Le plan supérieur est perpendiculaire à la direction de la poussée lorsque l'aéronef est en vol stationnaire dans une atmosphère parfaitement calme. Le plan supérieur est orienté de telle sorte que le vecteur normal soit majoritairement dirigé dans la direction opposée à la poussée lorsque l'aéronef est en vol stationnaire, c'est-à-dire majoritairement vers le haut au repos. Le troisième plan de référence, le plan frontal, est orthogonal au plan de symétrie principal et au plan supérieur, il contient le centre de masse de l'aéronef et son vecteur normal est orienté dans la direction principale du mouvement vers l'avant de l'aéronef.
Les propulseurs à hélice(s) sont référencés avec la lettre "P" suivie d’un chiffre entre 0 et 7, de sorte que les indices des propulseurs à hélice(s) à gauche de l’aéronef sont des chiffres pairs et ceux des propulseurs à hélice(s) à droite de l’aéronef des chiffres impairs, et de sorte que ces chiffres augmentent toujours en allant de l'avant à l'arrière de l'appareil. Ainsi, les propulseurs à hélice(s) les plus en avant ont les indices P0 et P1. Les propulseurs à hélice(s) les plus à l'arrière ont les indices P6 et P7. On définit le vecteur principal d’un propulseur à hélice(s) comme coïncidant avec l'axe de rotation de chaque hélice qu’il comporte et pointant dans la direction opposée à celle du débit massique moyen, c'est-à-dire pointant vers nous lorsque nous faisons face à la surface avant d'aspiration du propulseur à hélice(s).
On définit l'angle d'inclinaison comme l'angle entre la projection du vecteur principal du propulseur à hélice(s) sur le plan de symétrie principal et le vecteur normal du plan supérieur. Cela implique que le vecteur principal du propulseur à hélice(s) est parallèle et de même direction par rapport au vecteur du plan supérieur lorsque l'angle d’inclinaison est nul, le vecteur principal du propulseur à hélice(s) est parallèle et de même direction par rapport au vecteur du plan frontal lorsque l'angle d’inclinaison est de 90 degrés. Le vecteur principal du propulseur à hélice(s) est parallèle et de direction opposée par rapport au vecteur du plan frontal lorsque l'angle d’inclinaison est de -90 degrés.
On définit la poussée du propulseur à hélice(s) par rapport à une échelle normalisée, 0% étant complètement arrêté, 100% étant la poussée qui, lorsqu'elle est réglée sur tous les propulseurs à hélice(s), équilibre la poussée et le poids nominal en position de vol stationnaire. Les propulseurs à hélice(s) sont conçus de manière à permettre une poussée maximale réelle de 200% et peuvent donc être utilisés dans toute la gamme de 0% à 200%. On note que deux propulseurs à hélice(s) dont la poussée est réglée à 50% et les angles d'inclinaison à 90 degrés sont suffisants pour compenser la traînée et maintenir la vitesse de croisière.
La présente invention, avec toutes les caractéristiques décrites précédemment, est destinée à remédier à de nombreux inconvénients du système de transport terrestre actuel sur un nombre important d'objectifs à long terme détaillés dans ce qui suit.
Premièrement, elle contribuera à donner une forte impulsion au mouvement actuel de réduction des émissions de dioxyde de carbone en fournissant une solution de remplacement à hydrogène prête à l'emploi, avec des caractéristiques améliorées par rapport aux moyens conventionnels.
Deuxièmement, en réduisant considérablement le besoin de nouvelles infrastructures terrestres telles que les autoroutes, les ponts, les voies ferrées, les aéroports, elle contribuera à préserver les terres naturelles, à réduire le morcellement des forêts, à minimiser notre impact sur la biodiversité et à économiser une quantité importante de ressources émettrices de CO 2 telles que le béton, le goudron et le gaz ; l'invention propose un aéronef polyvalent à décollage et atterrissage verticaux dont les besoins en infrastructures terrestres sont inférieurs d'un ordre de grandeur à ceux des moyens de transport concurrents (trains, camions, avions).
Troisièmement, en transformant une grande partie du trafic routier en solutions aériennes, elle permettra de lutter efficacement contre les microplastiques, dont le caractère insidieux et toxique a été bien documenté. Par exemple, ils sédimentent dans le sang de nombreux animaux puisque les plastiques traversent leurs membranes barrières, se frayant un chemin dans le sang de nombreuses amorces de la chaîne alimentaire, puis sont transmis aux humains et posent un problème de santé explosif, sans parler de la pollution des sols à grande échelle, de l'impact sur la faune, etc. Étant donné que 35 % des microplastiques proviennent (www.statista.com/chart/17957/where-the-oceans-microplastics-come-from/) des particules des pneus et de l'usure des routes, on constate que la solution des pneus sans émissions est loin d'être une solution totalement acceptable.
Quatrièmement, elle contribuera à accroître l'efficacité énergétique du système dans son ensemble (ce qui est différent du passage à l'énergie entièrement renouvelable, l'objectif étant, même avec de l'énergie d'origine renouvelable, de réduire la consommation d'énergie et donc de réduire les effets secondaires négatifs de la production d'énergie renouvelable, comme l'utilisation des sols), en raccourcissant simplement la distance parcourue, en s'éloignant de l'architecture de transport basée sur un hub qui implique un gaspillage massif, et en favorisant le transport de point à point par l'itinéraire le plus court. Il s'agit également d'un avantage majeur par rapport au transport terrestre, qui repose sur des infrastructures empêchant toujours les itinéraires rectilignes.
Pour pouvoir mettre en pratique les quatre points énumérés ci-dessus, l'invention est conçue de telle sorte qu'elle apporte des avantages significatifs sur un ensemble bien équilibré et soigneusement sélectionné de six paramètres primaires spécifiques qui, lorsqu'ils sont élevés au niveau approprié, permettent à l'invention d'atteindre ces objectifs à long terme.
La première caractéristique qui est retenue comme découlant de la présente invention est un niveau de sécurité intrinsèquement plus élevé pour l'aéronef. Le transport de masse se traduit immédiatement par un nombre de vols supérieur de plusieurs ordres de grandeur et le niveau de sécurité doit évoluer dans la même proportion pour que le nouveau cadre de transport basé sur l'invention soit suffisamment sûr pour devenir une solution de base. La présente invention devrait pouvoir élever le niveau de sécurité d'au moins un ordre de grandeur en termes de probabilité de défaillance catastrophique par rapport à la plupart des aéronefs actuels capables de transporter des charges utiles de plus de cinq tonnes tout en étant capables de décoller et d'atterrir verticalement, dont les hélicoptères lourds conventionnels à turbine ou les quadricoptères lourds électriques constituent un bon exemple.
La métrique clé pour cette caractéristique de sécurité est le nombre d'incidents déclenchant un atterrissage d'urgence par heure de vol. L'objectif de la présente invention pour ce critère est un niveau d'un tel incident pour 360 000 heures de vol, ce qui équivaut aux meilleurs avions de ligne à moteur à réaction de leur catégorie.
La deuxième caractéristique qui découle de la présente invention est un niveau plus élevé de durabilité, qui se décompose en deux sous-aspects : l'efficacité énergétique et une source d'énergie compatible avec la production d'énergie renouvelable intermittente (le solaire et l'éolien concentrant la plus grande partie des investissements dans le déploiement de nouvelles capacités de production d'énergie renouvelable depuis deux décennies). De nombreux facteurs bien documentés plaident en faveur d'une attention particulière à l'efficacité énergétique des avions : Depuis le réchauffement climatique, la raréfaction des ressources, le coût de la transition énergétique, la nécessité d'accélérer les taux d'adoption. La présente invention devrait être en mesure d'élever le niveau d'efficacité énergétique en réduisant de manière significative la consommation d'énergie sur des tâches typiques, comme, plus spécifiquement, en réduisant de moitié la consommation d'énergie pour un vol de 20 minutes à une vitesse de croisière nominale de 190 km/h et avec une charge utile de six tonnes, tout en croisant à une altitude de 1000 mètres, par rapport à la plupart des avions actuels capables de transporter des charges utiles de plus de cinq tonnes tout en étant capables de décoller et d'atterrir verticalement, dont un bon exemple sont les hélicoptères conventionnels lourds à turbine ou les quadricoptères électriques lourds.
La troisième caractéristique qui découle de la présente invention est un niveau plus élevé de compacité à proximité du sol. Cette compacité est un facteur clé pour la densité d'empilement des machines décrites dans la présente invention et joue un rôle important en permettant une opération plus proche de la cible et une liaison point à point. Plus précisément, la surface de projection au sol, toutes parties confondues, de l'aéronef en position de stationnement et en phase de descente finale de la phase initiale d'ascension, doit être maintenue au moins deux fois inférieure à celle de tout aéronef capable de transporter des charges utiles supérieures à cinq tonnes tout en étant capable de décoller et d'atterrir verticalement, dont un bon exemple sont les hélicoptères lourds conventionnels à turbine ou les quadricoptères lourds électriques.
La quatrième caractéristique qui découle de la présente invention est une agilité accrue. Cette caractéristique peut être mesurée par plusieurs avantages : La première partie de cette caractéristique d'agilité serait une supériorité en termes de capacité à exécuter des trajectoires (c'est-à-dire une description temporelle de six paramètres : latitude, longitude, altitude, tangage, lacet et roulis) qui ne peuvent être égalées par aucun autre aéronef capable de transporter des charges utiles de plus de cinq tonnes tout en étant capable de décoller et d'atterrir verticalement, un bon exemple étant les hélicoptères lourds conventionnels à turbine ou les quadricoptères lourds électriques. La deuxième partie de l'avantage de cette caractéristique d'agilité serait une capacité accrue d'exécuter des trajectoires qui peuvent être égalées par les machines actuelles de l'état de l'art, mais avec des forces et/ou des moments de force largement augmentés, par un facteur de deux, par rapport aux aéronefs à propulsion électrique, qui sont la véritable référence à laquelle on compare la présente invention. Cette deuxième sous-caractéristique est d'une importance critique pour pouvoir supporter des vents et/ou des turbulences élevés (définis du point de vue de l'aéronef comme un vecteur de vent changeant rapidement de direction, par exemple une rotation de 90 degrés en quatre secondes), qui ont à leur tour un impact majeur en termes de seuil de vent au-delà duquel l'aéronef doit rester au sol, ce qui a une implication majeure dans le nombre effectif d'heures par an pendant lesquelles l'appareil peut être utilisé en toute sécurité.
La cinquième caractéristique qui découle de la présente invention est une plus grande disponibilité, qui peut être mesurée comme le nombre de parcours réussis avec une charge utile accomplis par un aéronef pendant une certaine période de temps (la référence typique pourrait être un mois). On vise à augmenter significativement cette valeur, par exemple d'un facteur de deux, par rapport à tout aéronef capable de transporter des charges utiles de plus de cinq tonnes tout en étant capable de décoller et d'atterrir verticalement, un bon exemple étant les hélicoptères conventionnels lourds à turbine ou les quadricoptères électriques lourds.
Un enjeu est donc la réalisation de transducteurs pMUT, mettant en œuvre un procédé de scellement de deux substrats, puis l’amincissement du substrat supérieur, de manière à bien contrôler la taille latérale des membranes, dans une gamme de dimensions étendues, pouvant être supérieures à 100 µm. Cela correspond, de manière approximative, à une fréquence de fonctionnement entre 300 kHz et 1 MHz. L’inventeur propose un procédé de fabrication permettant d’éviter une rupture des membranes de grandes dimensions au cours de leur fabrication, de façon à produire des membranes larges, dont la fréquence de résonance est inférieure à 1 MHz ou inférieure à 300 kHz.
Un premier objet de l’invention est capteur électromécanique, comportant :
une membrane, suspendue sur au moins une cavité, ménagée dans un substrat, la cavité s’étendant entre la membrane et un fond, la distance entre la membrane et le fond formant une profondeur de la cavité; un empilement piézoélectrique, porté par la membrane, et comportant une couche d’un matériau piézoélectrique s’étendant entre une première couche conductrice et une deuxième couche conductrice;
la membrane est susceptible de vibrer sous l’effet d’une tension alternative, ou d’un courant alternatif, entre la première couche conductrice et la deuxième couche conductrice ; et/ou la membrane, sous l’effet d’une vibration, est susceptible de générer une tension alternative, ou un courant alternatif, entre la première couche conductrice et la deuxième couche conductrice ;
le capteur étant caractérisé en ce que :
la cavité comporte au moins une butée, s’étendant à partir du fond de la cavité, vers la membrane, jusqu’à une extrémité, l’extrémité étant disposée à une hauteur, par rapport au fond, inférieure à la profondeur de la cavité; la membrane s’étend selon une épaisseur; la hauteur de la butée correspond à la profondeur de la cavité diminuée de fois l’épaisseur de la membrane, où est un réel compris entre 0.5 et 3 ou entre 0.5 et 2.
Le capteur peut comporter l’une des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon les combinaisons techniquement réalisables.
La membrane s’étend, en dessus de la cavité, selon un diamètre ou une diagonale supérieure à 100 µm. La cavité comporte plusieurs butées et chaque butée s’étend, à partir du fond de la cavité, vers la membrane, jusqu’à une extrémité, l’extrémité étant disposée à une hauteur, par rapport au fond, inférieure à la profondeur de la cavité. Au moins deux butées différentes peuvent avoir deux hauteurs différentes. De préférence, la hauteur des butées est d’autant plus faible que la butée est proche d’une zone médiane de la cavité. L’empilement piézoélectrique comporte une partie centrale à l’aplomb d’une zone médiane de la cavité, et une partie périphérique autour de la partie centrale, le capteur étant tel qu’une portion de la partie périphérique ne comporte pas de couche de matériau piézoélectrique. Plusieurs cavités sont formées sous un même empilement piézoélectrique.
Un deuxième objet de l’invention est un procédé de fabrication d’un capteur électromécanique selon le premier objet de l’invention, le procédé comportant les étapes suivantes:
a) gravure d’une cavité dans un substrat inférieur, le substrat inférieur s’étendant entre une face inférieure et une face supérieure, la cavité débouchant sur la face supérieure; b) scellement d’un substrat supérieur sur la face supérieure du substrat inférieur, de façon à fermer la cavité; c) amincissement du substrat supérieur, de façon à former la membrane du capteur; d) formation d’un empilement piézoélectrique sur la membrane, l’empilement piézoélectrique comportant une couche d’un matériau piézoélectrique s’étendant entre une première couche conductrice et une deuxième couche conductrice;
le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte, préalablement à l’étape a), une prise en compte d’une épaisseur ;
et en ce que l’étape a) comporte les sous-étapes suivantes:
a-1) première gravure du substrat inférieur, de façon à former une cavité, la cavité s’étendant, à partir de la face supérieure, jusqu’à un premier fond; a-2) définition d’au moins une surface d’appui sur le premier fond ; a-3) deuxième gravure du substrat inférieur, dans la cavité, autour de la surface d’appui, jusqu’à un deuxième fond, formant le fond de la cavité, de façon que suite à la deuxième gravure, la cavité comporte une butée, s’étendant à partir du fond de la cavité, vers la membrane, jusqu’à la surface d’appui, la surface d’appui formant une extrémité de la butée, l’extrémité étant disposée à une hauteur, par rapport au fond, inférieure à la profondeur de la cavité, la hauteur de la butée correspondant à la profondeur de la cavité diminuée de fois l’épaisseur préalablement prise en compte, où est un réel compris entre 0.5 et 3 ou entre 0.5 et 2 ;.
et en ce que suite à l’étape c), l’épaisseur de la membrane correspond à la valeur d’épaisseur préalablement prise en compte, de façon que la surface d’appui limite une déflexion de la membrane à l’intérieur de la cavité.
La dipropylamine, la di-butylamine, la N-methylaminopropylamine, la diethyl (methyl)aminopropylamine, la morpholine, la piperidine,
Selon un mode de réalisation particulier, le composé aminé B 4 ) est choisi parmi le 1,2-ethylenediamine, le bis (4-aminocyclohexyl) méthane, le 1,4-diaminobutane, l’isophoronediamine, l’ethanolamine, la diethanolamine et la diethylenetriamine.
Selon une forme préférée de l’invention, lorsque des diamines B 4 ) sont mises en œuvre dans la préparation des polymères polyuréthanes de latex b), des amines B 32 ) telles que décrites précédemment sont également mises en oeuvre.
Selon un mode de réalisation, lorsqu’une ou plusieurs amines B 4 ) sont mises en œuvre, celles-ci comprennent de préférence une ou plusieurs amines de formule ( XI ).
Selon un mode de réalisation particulier, lorsqu’une ou plusieurs amines B 4 ) sont mises en œuvre dans la préparation du polymère polyuréthane de latex b), la ou les amines B 4 ) comprennent de préférence une ou plusieurs diamines de préférence de formule (XI) , ledit polymère de polyuréthane étant issu en outre de la mise en œuvre d’un ou plusieurs composés hydrophiles B 32 ).
Selon une première variante, le polymère polyuréthane de latex b) est formé à partir de : B 11 ) de 50 à 95 % en poids, notamment de 60 à 90 % en poids, en particulier de 70 à 85% en poids, notamment de 75 à 80% en poids, d’un polyester polyol B 11 ) tel que défini précédemment, ledit polyester polyol étant par exemple formé à partir d’au moins : B 111 ) du glycérol ; B 112 ) d’un dimère d’acide gras en C 18 à C 38 , en particulier en C 34 à C 38 et plus particulièrement en C 36 , par exemple celui commercialisé par la société Croda, sous la référence Pripol ® 1009, de grade cosmétique ; et B 113 ) de l’acide abiétique ou la colophane ; B 2 ) de 5 à 50 % en poids, notamment de 5 à 40 % en poids, en particulier de 10 à 30 % en poids et plus particulièrement de 15 à 20 % en poids, d’au moins un polyisocyanate, en particulier tel que défini précédemment, en particulier d’un diisocyanate tel que le diisocyanate d’isophorone ;et, B 31 ) de 2 à 15 % en poids, en particulier de 3 à 10 % en poids et plus particulièrement de 3 à 5 % en poids, d’au moins un monomère hydrophile tel que défini précédemment, en particulier d’un unique monomère hydrophile tel que défini précédemment ; les fonctions acides ou basiques dudit monomère hydrophile étant avantageusement, totalement ou partiellement, neutralisées ; ledit monomère hydrophile étant par exemple l’acide 2,2-bis(hydroxyméthyl)propionique (DMPA) avec les fonctions acides étant avantageusement, totalement ou partiellement, neutralisées, de préférence par une base organique, en particulier par une amine tertiaire telle que la diisopropyléthylamine ; les pourcentages massiques étant définis par rapport au poids total des composants du polymère polyuréthane de latex b).
De préférence, le polymère polyuréthane de latex b) ne comprend pas d’unité monomérique autre que celles dérivées des composants B 11 ), B 2 ), B 31 ) précités. Autrement dit, selon un mode de réalisation particulier, la somme des teneurs massiques en composants B 11 ), B 2 ), B 31 ), est égale à 100 %.
Selon une seconde variante, les polyurethanes de latex b) sont formés à partir de B 12 ) au moins un diol, B 11 ) éventuellement au moins un polyester polyol (notamment le polyester polyol par réaction entre hexandiol/neopentyl glycol et l’acid adipique), B 2 ) au moins un polyisocyanate, B 32 ) et B 4 ) au moins un monomère hydrophile (tel que le sulfonate N-(2-aminoethyl)-2-aminoethane de sodium) et au moins un composé aminé.
Plus particulièrement, le ou les polyuréthanes présents dans les dispersions aqueuses b) utilisables dans la présente invention sont issus de la réaction de : au moins un prépolymère de formule (VI) suivante :
(VI) Formule (VI) dans laquelle, - R 1 représente un radical bivalent d’un composé dihydroxylé, - R 2 représente un radical d’un polyisocyanate aliphatique ou cycloaliphatique, - R 3 représente un radical d’un diol à bas poids moléculaire, éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes ioniques, - n représente un entier allant de 1 à 5, et - m est supérieur à 1 ; au moins un extendeur de chaîne selon la formule H 2 N-R 4 -NH 2 (VII) , dans laquelle R 4 représente un radical alkylène ou d’oxyde d’alkylène qui n’est pas substitué par un ou plusieurs groupes ioniques ou potentiellement ioniques ; et au moins un extendeur de chaîne selon la formule H 2 N-R 5 -NH 2 (VIII) , dans laquelle R 5 représente un radical alkylène substitué par un ou plusieurs groupes ioniques ou potentiellement ioniques.
Parmi les composés dihydroxylés utilisables selon la présente invention, on peut notamment citer les composés ayant deux groupes hydroxy et un poids moléculaire en nombre d’environ 700 à environ 16 000, et de préférence d’environ 750 à environ 5000. A titre d’exemple de composés dihydroxylés ayant un haut poids moléculaire, on peut citer les polyesters de polyol, les polyéthers de polyol, les polycarbonates polyhydroxylés, les polyacétates polyhydroxylés, les polyacrylates polyhydroxylés, les polyesters d’amide polyhydroxylés, les polyalkadiènes polyhydroxylés, les polythioéthers polyhydroxylés et leurs mélanges. De préférence, les composés hydroxylés sont choisis parmi les polyesters de polyol, les polyéthers de polyol, les polycarbonates polyhydroxylés et leurs mélanges.
Les polyisocyanates B 2 ) utilisables selon la présente invention sont notamment choisis parmi les diisocyanates organiques ayant un poids moléculaire d’environ 112 à 1000, et de préférence d’environ 140 à 400.
De préférence, les polyisocyanates sont choisis parmi les diisocyanates et plus particulièrement parmi ceux représentés par la formule générale (VIII) R 2 (N=C=O) 2 , dans laquelle R 2 représente un groupe hydrocarboné aliphatique divalent ayant de 4 à 18 atomes de carbone, un groupe hydrocarboné cycloaliphatique divalent ayant de 5 à 15 atomes de carbone, un groupe hydrocarboné araliphatique divalent ayant de 7 à 15 atomes de carbone ou un groupe hydrocarboné aromatique divalent ayant 6 à 15 atomes de carbone.