FR2758789A1 - STABILIZATION PROCESS FOR CAPTIVE BALLOON - Google Patents
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Abstract
Description
PROCÉDÉ DE STABILISATION POUR BALLON CAPTIF
La présente invention concerne un procédé de stabilisation de ballon captif ainsi qu'un dispositif de stabilisation pour un ballon captif. tille a aussi pour objet un ballon muni d'un tel dispositif:
Les ballons captifs contrairement aux ballons libres qui peuvent se déplacer d'un point géographique à l'autre sont reliés au sol par un câble. Il est à ce jour connu d'utiliser de tels ballons captifs pour emmener dans les airs des passagers et leur donner un point de vue panoramique du lieu où est rattaché au sol le ballon captif Un ballon captif comprend une enveloppe de sustentation gonflable avec un gaz plus léger que l'air et une nacelle permettant I'embarquement des passagers.STABILIZATION METHOD FOR CAPTIVE BALLOON
The present invention relates to a captive balloon stabilization method as well as a stabilization device for a captive balloon. tille also relates to a balloon provided with such a device:
Captive balloons, unlike free balloons which can move from one geographical point to another, are connected to the ground by a cable. To date, it is known to use such captive balloons to take passengers into the air and give them a panoramic view of the place where the captive balloon is attached to the ground. A captive balloon comprises an inflatable support envelope with a gas lighter than air and a nacelle for boarding passengers.
L'enveloppe de sustentation est reliée à un cadre de charge par l'intermédiaire de suspentes, la nacelle étant en outre suspendue à ce cadre de charge. Le rappel au sol du ballon captif se fait au moyen d'un câble qui est fixé au cadre de charge et qui s'enroule au sol sur un système de treuil permettant de commander la montée ou la descente du ballon captif.The lift envelope is connected to a load frame by means of hangers, the nacelle being further suspended from this load frame. The return to the ground of the tethered balloon is done by means of a cable which is fixed to the load frame and which is wound up on the ground on a winch system making it possible to control the raising or lowering of the tethered balloon.
Une fois la nacelle d'un ballon captif posée au sol, il est connu de fixer l'enveloppe du ballon captif au sol au moyen de haubans. alors que cette enveloppe est en sustentation, les suspentes reliant le filet au cadre de charge étant tendues. Les haubans sont par exemple constitués par une pluralité de cordes ou câbles qui sont fixés à demeure sur l'enveloppe, et dont l'extrémité libre est destinée à être ancrée au sol par tout moyen approprié. S'agissant d'un ballon comportant une enveloppe de forme sphérique, les haubans seront de préférence régulièrement répartis sur toute la circonférence de l'enveloppe au niveau de son équateur. Once the nacelle of a tethered balloon is placed on the ground, it is known to fix the envelope of the tethered balloon to the ground by means of guy lines. while this envelope is in lift, the lines connecting the net to the load frame being stretched. The shrouds are for example constituted by a plurality of ropes or cables which are permanently fixed to the envelope, and the free end of which is intended to be anchored to the ground by any suitable means. Being a balloon comprising a spherical envelope, the shrouds will preferably be regularly distributed over the entire circumference of the envelope at its equator.
L'exploitation commerciale de ballons captifs dépend des paramètres météorologiques: des vents ou des rafales de vent trop importants provoquent des oscillations et rend le vol désagréable et/ou dangereux. C'eci empêche de flaire décoller le ballon, et limite son utilisation. En fait, les oscillations du ballon proviennent du fait que le vent correspond en fait à un écoulement turbulent, à des vitesses variables, qui induit des oscillations. The commercial exploitation of captive balloons depends on meteorological parameters: excessive winds or gusts of wind cause oscillations and make the flight unpleasant and / or dangerous. This prevents smelling take off of the balloon, and limits its use. In fact, the oscillations of the balloon come from the fact that the wind corresponds in fact to a turbulent flow, at variable speeds, which induces oscillations.
Il est connu, notamment pour le vol captif en montgolfière, d'attacher le ballon, par exemple le cercle de charge, à trois cordes elles mêmes reliées au sol. Dans ce cas, le ballon s'élève par ses propres moyens jusqu'à une altitude où les trois cordes sont mises en tension. Ce système est tout comme le système précédent, soumis à des oscillations : en effet, le ballon à son altitude maximale est en équilibre statique. It is known, especially for captive balloon flight, to attach the balloon, for example the load circle, to three cords themselves connected to the ground. In this case, the balloon rises on its own to an altitude where the three cords are tensioned. This system is just like the previous system, subject to oscillations: in fact, the balloon at its maximum altitude is in static equilibrium.
mais il existe une valeur de vitesse de vent pour laquelle la corde sous le vent sc détend, et pour laquelle le ballon est soumis à des oscillations. En outre, le ballon est immobilisé à une hauteur fixe, qui est sa hauteur maximale.but there is a wind speed value for which the leeward cord sc relaxes, and for which the balloon is subjected to oscillations. In addition, the balloon is immobilized at a fixed height, which is its maximum height.
II est aussi connu d'arrimer en hauteur des ballons à gaz. par exemple pour filmer une rencontre sportive à partir d'une caméra attachée à un ballon. Dans ce cas aussi, le ballon est immobilisé à une hauteur fixe, en équilibre statique. It is also known to stow gas balloons high. for example to film a sports meeting from a camera attached to a ball. In this case too, the balloon is immobilized at a fixed height, in static equilibrium.
I,a présente invention propose donc de résoudre le problème du vol des ballons captifs, même dans des conditions météorologiques dift'iciles. Elle propose de résoudre le problème nouveau de la stabilisation des ballons captifs, à toutes les hauteurs, pendant le v ol. I, a present invention therefore proposes to solve the problem of the flight of captive balloons, even in difficult weather conditions. It proposes to solve the new problem of stabilizing captive balloons, at all heights, during flight.
L'invention permet le vol des ballons captifs, pour des vents importants. Elle permet aux ballons de voler pour des vents dépassant une vitesse supérieure à 10 m/s, ou en présence de rafales à plus de 15 m/s, sans risque de casse pour le ballon, et sans que le v ol nc soit dangereux ni désagréable. The invention allows the flight of captive balloons, for high winds. It allows balloons to fly for winds exceeding a speed greater than 10 m / s, or in the presence of gusts at more than 15 m / s, without risk of breakage for the balloon, and without the flight being dangerous or unpleasant.
Ce but est atteint grâce à l'invention. Celle-ci propose un ballon captif, présentant des moyens de rappel au sol, ainsi que des moyens de stabilisation latérale en vol. Les moyens de stabilisation peuvent comprendre au moins un câble dont une extrémité est lixé au ballon, et dont l'autre extrémité est reliée au sol. Ils peuvent exercer sur le ballon une force de freinage opposée à un déplacement latéral du ballon, de préférence une force de freinage de type frottement fluide. De préférence. This object is achieved thanks to the invention. This offers a tethered balloon, with means of recall to the ground, as well as means of lateral stabilization in flight. The stabilization means may comprise at least one cable, one end of which is attached to the balloon, and the other end of which is connected to the ground. They can exert on the ball a braking force opposed to a lateral movement of the ball, preferably a braking force of the fluid friction type. Preferably.
les moyens de stabilisation exercent une force de freinage sur le ballon lorsque la vitesse horizontale des moyens de stabilisation est positive.the stabilization means exert a braking force on the ball when the horizontal speed of the stabilization means is positive.
Les moyens de stabilisation exercent avantageusement sur le ballon une force de tension dans le sens d'un déplacement latéral du ballon, de préférence une forcc de tension constante. ()n peut ainsi prévoir que les moyens de stabilisation exercent une force de tension sur le ballon lorsque la vitesse horizontale des moyens de stabilisation est négatie. The stabilization means advantageously exert on the ball a tension force in the direction of a lateral movement of the ball, preferably a constant tension force. () n can thus provide that the stabilization means exert a tensioning force on the ball when the horizontal speed of the stabilization means is negated.
De préférence les moyens de stabilisation comprennent au moins un treuil enroulant une extrémité d'un câble ou d'une sangle dont l'autre extrémité est reliée au ballon, ou à un hauban fixé sur le ballon entre une enveloppe et un cercle de charge
Avantageusement, les moyens de stabilisation sont répartis sur la périphérie du ballon, de préférence en étant mobiles autour de cette périphérie. I.e ballon peut en outre comprendre au voisinage du ballon des moyens de transmission des forces directement entre les moyens de stabilisation, tels des élingues.Preferably, the stabilization means comprise at least one winch winding one end of a cable or a strap, the other end of which is connected to the balloon, or to a guy wire fixed to the balloon between an envelope and a load circle.
Advantageously, the stabilization means are distributed over the periphery of the balloon, preferably by being mobile around this periphery. Ie balloon can further comprise in the vicinity of the balloon means for transmitting forces directly between the stabilization means, such as slings.
I,'invention a aussi pour objet un procédé de stabilisation d'un ballon captif, comprenant l'exercice sur le ballon d'une force de freinage opposée à un déplacement latéral du ballon, de préférence une force de freinage de type frottement fluide. Le procédé peut aussi ou alternativement comprendre l'exercice sur le ballon d'une force de tension dans le sens d'un déplacement latéral du ballon, de préférence une force de tension constante. Ces forces s'exercent avantageusement pendant tout le vol du ballon, ou quelle que soit son altitude. I, the invention also relates to a method for stabilizing a tethered balloon, comprising exercising on the balloon a braking force opposed to a lateral movement of the balloon, preferably a braking force of the fluid friction type. The method can also or alternatively comprise the exercise on the ball of a tension force in the direction of a lateral movement of the ball, preferably a constant tension force. These forces are advantageously applied during the entire flight of the balloon, or whatever its altitude.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à lecture de la description qui suit de différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en références aux dessins qui montrent: - figure 1 , une vue schématique de face d'un ballon captif muni d'un dispositif selon
l'invention; - figure 2, une vue schématique de dessus du ballon captif de la figure 1: - figure 3, une courbe représentative des oscillations d'un ballon captif classique, et ure 4, une courbe représentative des oscillations d'un ballon captif muni d'un
dispositif selon l'invention; - figure 5, une vue schématique de dessus d'un ballon captif; montrant une variante
de fixation des moyens de stabilisation selon l'invention; et - figure 6, une vue schématique de face d'un ballon captif, montrant une autre
variante de fixation des moyens de stabilisation selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of different embodiments of the invention, given by way of example only, and with reference to the drawings which show: FIG. 1, a schematic front view of a tethered balloon fitted with a device according to
the invention; - Figure 2, a schematic top view of the tethered balloon of Figure 1: - Figure 3, a curve representative of the oscillations of a conventional tethered balloon, and ure 4, a curve representative of the oscillations of a tethered balloon provided with a
device according to the invention; - Figure 5, a schematic top view of a tethered balloon; showing a variant
fixing the stabilization means according to the invention; and - Figure 6, a schematic front view of a tethered balloon, showing another
variant for fixing the stabilization means according to the invention.
Le ballon captif 1 représenté à la figure 1 comprend typiquement une enveloppe sphérique gonflée avec un gaz plus léger que l'air. tel que de l'air chaud. The tethered balloon 1 shown in FIG. 1 typically comprises a spherical envelope inflated with a gas lighter than air. such as hot air.
on gaz COIllllIC I'hcliium. ou les deux, et muni d'une nacelle suspenduc à l'enveloppe, dans laquelle des passagers peuvent être embarqués. I,e ballon 1 est relié au sol par des moyens de rappel. I.es moyens de rappel permettent de contrôler l'altitude du ballon captif, et comprennent par exemple un câble de rappel 2, dont une extrémité est fixée au ballon, et dont l'autre extrémité est reliée à un treuil OU un système similaire d'enroulement du câble. on COIllllIC gas the hcliium. or both, and fitted with a basket suspended from the enclosure, in which passengers can be embarked. I, e balloon 1 is connected to the ground by return means. I. the return means make it possible to control the altitude of the captive balloon, and for example comprise a return cable 2, one end of which is fixed to the balloon, and the other end of which is connected to a winch OR a similar system of cable winding.
Dans un tel type dc ballon captif, en cas de vent trop important, les moyens de rappel forment avec la verticale un angle important, qui rend le vol dangereux ou désagréable. 'Typiquement, lorsque l'angle formé par les moyens de rappel avec la verticale dépasse 30 degrés, on considère généralement que le vol doit être intcrrolllpu. Pour un ballon d'un diamètre de 22 m, cette valeur correspond à une vitesse du vent de 10 m/s. In such a type of tethered balloon, in the event of too strong wind, the return means form a significant angle with the vertical, which makes the flight dangerous or unpleasant. Typically, when the angle formed by the return means with the vertical exceeds 30 degrees, it is generally considered that the flight must be intcrrolllpu. For a balloon with a diameter of 22 m, this value corresponds to a wind speed of 10 m / s.
Par ailleurs, sous l'efïet de rafales de vent, un ballon captif prend une accélération horizontale importante et soudaine, et s'arrête sous l'effet de la tension du câble de rappel. II repart ensuite dans l'autre sens avec une vitesse importante, et est soumis à des oscillations brusques et violentes. Ce phénomène rend le vol impossible pour des ballons de l'art antérieur, en présence de vents dont la vitesse est supéricure à quelques 1 0 m/s. In addition, under the effect of gusts of wind, a captive balloon takes a significant and sudden horizontal acceleration, and stops under the effect of the tension of the cable of return. It then sets off again in the other direction with significant speed, and is subjected to sudden and violent oscillations. This phenomenon makes flight impossible for balloons of the prior art, in the presence of winds whose speed is greater than a few 10 m / s.
Selon l'invention sont prévus des moyens de stabilisation latérale du ballon, assurant un freinage progressif et rapide des mouvements horizontaux du ballon. Ces moyens peuvent comprendre comme représenté sur la figure 1, au moins un fil, câble, corde, sangle ou analogue 3 dont une extrémité est fixée au ballon ou sur les moyens de rappel au voisinage de celui-ci, et dont l'autre extrémité est reliée au sol, à un dispositif permettant de transmettre une force de freinage appropriée. On peut utiliser un treuil, un véhicule mobile ou automobile. On peut aussi si on prévoit plusieurs câbles, les relier entre eux. According to the invention, means are provided for lateral stabilization of the ball, ensuring progressive and rapid braking of the horizontal movements of the ball. These means may comprise, as shown in FIG. 1, at least one wire, cable, rope, strap or the like 3, one end of which is fixed to the balloon or on the return means in the vicinity thereof, and the other end of which is connected to the ground, to a device for transmitting an appropriate braking force. We can use a winch, a mobile or motor vehicle. It is also possible, if several cables are provided, to connect them together.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, sont prévus trois câbles 3, 4 et 5, respectivement rcliés à trois treuils 6, 7 et 8, qui sont fixés sur le cercle équatorial de l'enveloppe du ballon. Comme de montre la figure 2, ces trois câbles sont répartis régulièrement autour du ballon, et sont dirigés sensiblement radialement, en formant en vue de dessus des angles d'environ 1200. Cette configuration des moyens de stabilisation permet d'assurer un freinage latéral du ballon captif dans toutes les directions. quelle que soit la direction du vent dominant. In the embodiment of Figure 1, three cables 3, 4 and 5 are provided, respectively rcliés to three winches 6, 7 and 8, which are fixed on the equatorial circle of the envelope of the balloon. As shown in Figure 2, these three cables are distributed regularly around the ball, and are directed substantially radially, forming in top view angles of about 1200. This configuration of the stabilization means ensures lateral braking of the tethered balloon in all directions. regardless of the prevailing wind direction.
T,es câbles 3, 4 et 5. ainsi que les treuils 6, 7 et 8 assurent:
- un freinage rapide en cas d'accélération brutale;
- un freinage progressif pour éviter les à-coups et les risques de rupture ou de fatigue correspondants;
- un frottement important permettant de consommer rapidement l'énergie cinétique du ballon captif. T, es cables 3, 4 and 5. as well as the winches 6, 7 and 8 ensure:
- rapid braking in the event of sudden acceleration;
- progressive braking to avoid jolts and the corresponding risks of rupture or fatigue;
- a significant friction allowing to quickly consume the kinetic energy of the captive balloon.
Pour cela, les treuils 6, 7 et 8 peuvent être commandés en fonction de la tension dans chacun des câbles 3, 4 et 5. et/ou en l'onction de la vitesse de déroulement des moyens de rappel 2. On peut notamment prévoir les conditions de commande suivantes, qui assurent une bonne stabilisation latérale du ballon. D'une part, chacun des treuils assure un freinage du câble associé, dès que la vitesse de déroulement du câble dépasse un seuil prédéterminé: on peut choisir ce seuil en fonction de la vitesse verticale du ballon, par exemple déterminée en fonction de la vitesse de déroulement du treuil associé au moyens de rappel 2. On peut ainsi considérer que les moyens de stabilisation doivent exercer une force de freinage sur le ballon dès que la vitesse de déroulement des câbles 3, 4 ou 5 dépasse la vitesse verticale du ballon, dûment corrigée le cas échéant par division par le sinus de l'angle formé entre le câble correspondant et l'horizontale. Ceci signifie en fait que les moyens de stabilisation exercent une force de freinage dès que leur vitesse horizontale est positive. Autrement dit, les moyens dc stabilisation exercent une force de freinage opposée au déplacement latéral du ballon. For this, the winches 6, 7 and 8 can be controlled as a function of the tension in each of the cables 3, 4 and 5. and / or by the anointing of the speed of unwinding of the return means 2. One can in particular provide the following control conditions, which ensure good lateral stabilization of the ball. On the one hand, each of the winches ensures braking of the associated cable, as soon as the cable unwinding speed exceeds a predetermined threshold: this threshold can be chosen as a function of the vertical speed of the balloon, for example determined as a function of the speed of the winch associated with the return means 2. It can thus be considered that the stabilization means must exert a braking force on the ball as soon as the cable unwinding speed 3, 4 or 5 exceeds the vertical speed of the ball, duly corrected if necessary by division by the sine of the angle formed between the corresponding cable and the horizontal. This in fact means that the stabilization means exert a braking force as soon as their horizontal speed is positive. In other words, the stabilization means exert a braking force opposite to the lateral movement of the ball.
D'autre part, on peut aussi, en combinaison ou alternativement, commander les treuils 6, 7 et 8 de telle sorte à assurer une tension minimale constante dans le câble correspondant 3, 4 ou 5 ceci permet d'éviter tout mou dans chacun des câbles, et limite le risque d'à-coups. Dans un mode de réalisation. chacun des treuils assure une mise sous tension du câble associé, dès que la vitesse de déroulement du câble est inférieure à un seuil prédéterminé; on peut choisir ce seuil en fonction de la vitesse verticale du ballon. par exemple déterminée en fonction de la vitesse de déroulement du treuil associé au moyens de rappel 2. On peut ainsi considérer que les moyens dc stabilisation doivent assurer une mise sous tension du câble dès que la vitesse de déroulement des câbles 3. 4 ou 5 est inférieure à la vitesse verticale du ballon. On the other hand, one can also, in combination or alternatively, control the winches 6, 7 and 8 so as to ensure a constant minimum tension in the corresponding cable 3, 4 or 5 this makes it possible to avoid any slack in each of the cables, and limits the risk of jolts. In one embodiment. each of the winches ensures a tensioning of the associated cable, as soon as the cable unwinding speed is lower than a predetermined threshold; this threshold can be chosen according to the vertical speed of the ball. for example determined as a function of the speed of unwinding of the winch associated with the return means 2. It can thus be considered that the stabilization means must ensure that the cable is tensioned as soon as the speed of unwinding of the cables 3. 4 or 5 is lower than the vertical speed of the ball.
dûment corrigée le cas échéant par division par le sinus de l'angle formé entre le câble correspondant et l'horizontale. Ceci signifie en fait que les moyens de stabilisation assurent une mise sous tension du câble dès que leur v vitesse hoi-izontale est positive; ceci permet d'éviter tout mou dans le câble. Autrement dit. les moyens dc stabilisation assurent une tension du câble dans le sens du déplacement latéral du ballon.duly corrected if necessary by dividing by the sine the angle formed between the corresponding cable and the horizontal. This in fact means that the stabilization means ensure that the cable is tensioned as soon as their horizontal speed is positive; this will prevent any slack in the cable. In other words. the stabilization means ensure a tension of the cable in the direction of lateral movement of the balloon.
L'invention permet ainsi de freiner les déplacements latéraux du ballon dans un direction donnée. en absorbant le mou éventuel dans la direction opposée. Ceci limite les déplacements latéraux du ballon dans ladite direction, et du fait que le mou est absorbé dans la direction opposée, limite le mouvement de retour du ballon, et les oscillations. A titre d'exemple, la flèche 9 de la figure 2 montre la direction d'un rafale de vent. La direction de la flèche 9 est sensiblement parallèle à la direction du câble 3, et la flèche 9 est dirigée vers le ballon. Lors de la rafale. le ballon a tendance à se déplacer dans la direction de la flèche 9; à ce moment. le treuil 6 et le câble 3 exercent sur le ballon une force de rappel, opposée en sens à la flèche 9 et de même direction. Cette forcc de rappel limite le déplacement du ballon sous l'effet de la rafale. En même temps, du côté opposé, les câbles 4 et 5 sont détendus sous l'eflèt du déplacement du ballon dans le sens de la rafale: les treuils respectifs 7 ct 8 enroulent les câbles 4 et 5 de sorte à absorber le mou et à exercer une force stir le ballon. The invention thus makes it possible to slow down the lateral movements of the ball in a given direction. absorbing any slack in the opposite direction. This limits the lateral movements of the ball in said direction, and the fact that the slack is absorbed in the opposite direction, limits the return movement of the ball, and the oscillations. By way of example, the arrow 9 in FIG. 2 shows the direction of a gust of wind. The direction of the arrow 9 is substantially parallel to the direction of the cable 3, and the arrow 9 is directed towards the balloon. During the burst. the ball tends to move in the direction of arrow 9; at the moment. the winch 6 and the cable 3 exert on the ball a restoring force, opposite in direction to the arrow 9 and in the same direction. This recall booster limits the movement of the balloon under the effect of the burst. At the same time, on the opposite side, the cables 4 and 5 are relaxed under the effect of the movement of the balloon in the direction of the gust: the respective winches 7 ct 8 wind the cables 4 and 5 so as to absorb the slack and exert force on the ball.
Lorsque la rafale cesse. le ballon a tendance à repartir dans un mouvement oscillatoire, dans la direction de la flèche 9, et dans un sens inverse à celle-ci. When the burst stops. the ball tends to start again in an oscillating movement, in the direction of arrow 9, and in an opposite direction to it.
Comme le mou des câbles 4 et 5 a été absorbé, les moyens de stabilisation correspondant exercent alors une force de freinage, et limitent le retour du ballon.As the slack in the cables 4 and 5 has been absorbed, the corresponding stabilization means then exert a braking force, and limit the return of the ball.
On comprend ainsi que l'inention permet de limiter les oscillations du ballon. en absorbant simplement par le frottement l'énergie cinétique communiquée au ballon par la rafale d'air. L'invention propose en fait d'exercer sur le ballon des forces de frottement, de préférence de frottement fluide, pour amortir les mouvement dynamiques problématiques. Ceci peut se faire à toutes les altitudes du ballon. Cette démarche est inverse de celle de l'art antérieur, dans lequel sont proposés des systèmes dont le but est d'atteindre un équilibre statique dans une position donnée du ballon.It is thus understood that the invention makes it possible to limit the oscillations of the ball. by simply absorbing the kinetic energy communicated to the balloon by the burst of air by friction. The invention in fact proposes to exert friction forces on the ball, preferably fluid friction, to dampen problematic dynamic movements. This can be done at all altitudes of the ball. This approach is opposite to that of the prior art, in which systems are proposed whose aim is to achieve static equilibrium in a given position of the ball.
L'invention permet ainsi d'assurer un vol sûr ct agréable. même lorsque le vent atteint des vitesses jusqu'alors rédhibitoires. The invention thus makes it possible to ensure a safe and pleasant flight. even when the wind reaches previously unhealthy speeds.
La figure 3. à tire d'exemple, montre une courbe représentative des oscillations d'un ballon captif classique. On a représenté en ordonnées l'angle formé par les moyens de rappel avec la v verticale. et en abscisse le temps. I,a courbe 3 correspond à un essai en soufflerie pour un ballon d'unc taille de 22 m de diamètre, dont le pôle sud est situé à environ 15 m de la surface du sol. soumis à une ralù'le dc 12 m/s d'une durée de 5 s. On constate que le ballon est soumis à des oscillations d'amplitude supérieure à 30". qui ne s'amortissent quasimcnt pas sur une durée de 30 s. Figure 3. Using an example, shows a curve representative of the oscillations of a conventional tethered balloon. The ordinate represents the angle formed by the return means with the vertical v. and the time on the x-axis. I, curve 3 corresponds to a wind tunnel test for a balloon of a size 22 m in diameter, the south pole of which is located approximately 15 m from the surface of the ground. subject to a slowdown of 12 m / s with a duration of 5 s. It can be seen that the balloon is subjected to oscillations of amplitude greater than 30 ", which hardly dampen over a period of 30 s.
La figure 4 montre une courbe représentative des oscillations d'un ballon captif muni d'un dispositif selon l'invention. Les conditions sont identiques à celles de la figure 3, à cela près que le ballon présente des moyens de stabilisation, du type décrit en référence aux figures 1 et 2. dont les câbles forment avec la verticale un angle de 45 . On constate que le dispositif de l'invention permet non seulement de limiter considérablement l'amplitude des oscillations, qui n'est sur la figure 4 que de 20 , mais assure aussi un amortissement rapide des oscillations. en moins de 3 oscillations;
En pratique, l'invention peut facilement être mise en oeuvre à l'aide de simples treuils et de câbles. On peut choisir les paramètre suivants:
nombre de câbles: );
force maximale de fi-einage: 5000 N;
tension du câble: 1()00 N
distance au sol entre les treuils des moyens de stabilisation et le treuil des moyens de rappel : 40 m.Figure 4 shows a curve representative of the oscillations of a tethered balloon fitted with a device according to the invention. The conditions are identical to those of FIG. 3, except that the balloon has stabilization means, of the type described with reference to FIGS. 1 and 2. the cables of which form an angle of 45 with the vertical. It can be seen that the device of the invention not only considerably limits the amplitude of the oscillations, which is only 20 in FIG. 4, but also ensures rapid damping of the oscillations. in less than 3 oscillations;
In practice, the invention can easily be implemented using simple winches and cables. The following parameters can be chosen:
number of cables:);
maximum processing force: 5000 N;
cable tension: 1 () 00 N
distance on the ground between the winches of the stabilization means and the winch of the return means: 40 m.
Cette configuration permet d'assurer une bonne stabilisation d'un ballon de diamètre de 22 m, pour des rafales de vent au dessus de 1 0 m/s, jusqu'à une altitude de 80 m. This configuration ensures good stabilization of a 22 m diameter balloon, for gusts of wind above 10 m / s, up to an altitude of 80 m.
Dans un tel dispositif, de nombreuses variantes sont possibles. On peut prévoir que la force maximale de freinage et/ou la tension du câble varient en fonction de l'altitude du ballon, ou non. Elles peuvent présenter des valeurs constantes: en effet, I'énergie cinétique accumulée par le ballon. qui ne se dissipe que très peu par frottement avec l'air, engendre en altitude élevée des oscillations sur une course importante, mais induisant un angle du câble avec la verticale relativement faible, et avec une période assez grande. A l'inverse. au voisinage du sol. les oscillations correspondantes ont une course plus faible. et correspondent à des angles plus importants, et à une période plus élevée. Il peut donc être intéressant que la force et/ou la tension soient constantes. ou décroissent avec l'altitude du ballon. pour assurer une stabilisation eflicace au voisinage du sol. In such a device, many variants are possible. It can be expected that the maximum braking force and / or the cable tension vary depending on the altitude of the balloon, or not. They can have constant values: in fact, the kinetic energy accumulated by the ball. which dissipates only very little by friction with the air, generates at high altitude oscillations over a significant stroke, but inducing a relatively small angle of the cable with the vertical, and with a fairly large period. Conversely. near the ground. the corresponding oscillations have a shorter stroke. and correspond to larger angles, and to a higher period. It may therefore be advantageous if the force and / or the tension are constant. or decrease with the altitude of the balloon. to ensure effective stabilization near the ground.
A l'inverse. on peut prévoir que la force et/ou la tension croissent avec l'altitude. pour compenser le fait que l'angle formé entre les moyens de rappels et l'horizontale augmente avec l'altitude du ballon, de sorte que la partie de la force et/ou de la tension utile pour la stabilisation latérale du ballon diminue, avec le cosinus dudit angle. Conversely. force and / or tension can be expected to increase with altitude. to compensate for the fact that the angle formed between the return means and the horizontal increases with the altitude of the balloon, so that the part of the force and / or tension useful for the lateral stabilization of the balloon decreases, with the cosine of said angle.
Bien entendu. on pourrait aussi assurer la force de freinage par des mécanismes passifs, tels que des ressorts, des freins, des élastiques, des amortisseurs. Of course. the braking force could also be provided by passive mechanisms, such as springs, brakes, elastics, shock absorbers.
ou des combinaisons de mécanismes actifs ou passifs, au lieu d'utiliser simplement des moyens actifs comme décrit plus haut. A la place de câbles, on peut employer pour les moyens dc stabilisation des sangles. cordes, chaînes, etc. On peut aussi prévoir que les moyens de stabilisation interagissent, en étant reliés entre eux. Les différents moyens de stabilisation peuvent intégrer l'ensemble des efforts exercés par le ballon: ainsi, dans le cas de la figure 2, si les moyens 4 et 5 se détendent. il faut exercer une force de freinage correspondante sur le moyen de stabilisation 3. Ceci peut être réalisé en reliant les extrémités des câbles au niveau du sol. le cas échéant par l'intermédiaire de mécanismes de répartition des ei?ibrts, ou d'amortissement. or combinations of active or passive mechanisms, instead of simply using active means as described above. Instead of cables, it is possible to use for the strap stabilization means. ropes, chains, etc. It is also possible to provide for the stabilization means to interact, by being interconnected. The different stabilization means can integrate all of the forces exerted by the balloon: thus, in the case of FIG. 2, if the means 4 and 5 relax. a corresponding braking force must be exerted on the stabilization means 3. This can be achieved by connecting the ends of the cables at ground level. where appropriate through the distribution of ei? ibrts, or amortization.
Il n'est pas indispensable que les moyens de stabilisation assurent une force de freinage constante. Celle ci peut croître avec l'altitude, ou correspondre à un déroulement constant. I,es moyens de stabilisation peuvent n'assurer la stabilisation que sur un certain trajet du ballon, correspondant à tout ou partie du vol captif
L'invention ne s' applique pas seulement comme expliqué ci-dessus aux ballons captifs permettant d'emporter des passagers, mais plus généralement à tous les types de ballons captifs quelles que soient leur fonction et leur taille, qui comprennent des moyens de rappel.It is not essential that the stabilization means provide a constant braking force. This can increase with altitude, or correspond to a constant course. I, the stabilization means may only provide stabilization over a certain path of the balloon, corresponding to all or part of the captive flight
The invention does not apply only as explained above to tethered balloons for carrying passengers, but more generally to all types of tethered balloons regardless of their function and size, which include return means.
Par exemple, le ballon peut comprendre une enveloppe gonflable emprisoée dans un filet, qui est relié à un cadre de charge par l'intermédiaire d'une pluralité de suspentes. Une nacelle est suspendue au cadre de charge. On peut fixer les câbles des moyens de stabilisation sur le filet. au niveau de l'équateur par exemple: on peut aussi fixer les câbles sur le cadre de charge, sur la nacelle elle-même. ou encore sur le câble de rappel au voisinage de la nacelle. For example, the balloon may include an inflatable envelope trapped in a net, which is connected to a load frame via a plurality of hangers. A basket is suspended from the load frame. The cables of the stabilization means can be fixed on the net. at the equator for example: you can also fix the cables on the load frame, on the nacelle itself. or on the return cable in the vicinity of the nacelle.
Si les câbles des moyens de stabilisation sont fixés sur le filet, il est avantageux, pour limiter les déformations du filet, de prévoir des moyens limitant la déformation du filet. I)e fait, les filets généralement utilisés sont composés de mailles en losange. et sont fermés au sommet ou pôle nord par une couronne, et en bas ou au pôle sud par un cadre de charge auquel la nacelle est suspendue. Les mailles du filet peuvent alors de déformer, et notamment, lorsque l'on exerce une traction latérale stir un tel filet au niveau de l'équateur, le diamètre du filet augmente et sa hauteur diminue. le filet s'écarte alors de l'enveloppe et l'enveloppe est alors libre de se déplacer latéralement dans le filet. Pour limiter ces déformation du filet, on peut avantageusement prévoir des moyens limitant la déformation du filet au niveau de l'équateur ou plus généralement au niveau où sont fixés les haubans. On peut utiliser comme tels moyens une ceinture formée d'une corde nouée aux mailles du filet à l'équateur, qui limite les déformations du filet, et le maintient autour de l'enveloppe, même en cas d'efforts de traction importants
D'autres modes de réalisation sont possibles. Comme représenté sur la figure 5, on peut prévoir que les extrémités des moyens de stabilisation du côté du ballon sont fixées non seulement au ballon, par exemple au cercle équatorial comllle à la ligurc 1, mais sont aussi reliées aux extrémités des moyens de stabilisation adjacents ou voisins. Dans le cas de la figure ceci est réalisé en prévoyant entre les différents câbles 3, 4, 5 des élingues 10, 1 1 et 12, qui transmettent une partie des efforts directement d'un câble à l'autre, sans passer par le ballon. Cette solution permet d'éviter des surcharges éventuelles sur le ballon, en limitant les efforts cxercés par les câbles sur le ballon. Bien entendu, cette solution peut s'appliquer quel que soit le point d'accrochage des câble, sur le cercle équatorial, sur le cercle de charge, ou encore directement sur la nacelle.If the cables of the stabilization means are fixed on the net, it is advantageous, to limit the deformations of the net, to provide means limiting the deformation of the net. I) e fact, the nets generally used are composed of diamond mesh. and are closed at the top or north pole by a crown, and at the bottom or at the south pole by a load frame to which the nacelle is suspended. The meshes of the net can then deform, and in particular, when a lateral traction is exerted on such a net at the equator, the diameter of the net increases and its height decreases. the net then moves away from the envelope and the envelope is then free to move laterally in the net. To limit these deformation of the net, it is advantageously possible to provide means limiting the deformation of the net at the equator or more generally at the level where the shrouds are fixed. One can use as such means a belt formed of a cord knotted with the meshes of the net at the equator, which limits the deformations of the net, and maintains it around the envelope, even in the event of significant tensile forces.
Other embodiments are possible. As shown in FIG. 5, provision can be made for the ends of the stabilization means on the side of the balloon to be fixed not only to the balloon, for example to the equatorial circle comllle to ligurc 1, but are also connected to the ends of the adjacent stabilization means or neighbors. In the case of the figure this is achieved by providing between the different cables 3, 4, 5 slings 10, 1 1 and 12, which transmit part of the forces directly from one cable to the other, without passing through the balloon . This solution makes it possible to avoid possible overloads on the balloon, by limiting the forces exerted by the cables on the balloon. Of course, this solution can be applied regardless of the point of attachment of the cables, on the equatorial circle, on the load circle, or even directly on the nacelle.
La figure 6 montre une vue schématique de face d'un ballon captif, montrant une autre variante de fixation des moyens de stabilisation. Sur la figure 6, une extrémité des moyens de stabilisation 3 n'est pas fixée directement sur un élément du ballon, mais est reliée à une poulie 13; celle ci roule sur un hauban 14 fixé d'une part sur le cercle équatorial du ballon, et d'autre part au cercle de charge 15 du ballon. Ce mode d'arrimage permet de stabiliser à la fois I'enveloppe et la nacelle du ballon. Figure 6 shows a schematic front view of a tethered balloon, showing another variant of attachment of the stabilization means. In FIG. 6, one end of the stabilization means 3 is not fixed directly to an element of the balloon, but is connected to a pulley 13; this one rolls on a stay 14 fixed on the one hand on the equatorial circle of the balloon, and on the other hand to the load circle 15 of the balloon. This stowage mode makes it possible to stabilize both the envelope and the basket of the balloon.
On pourra avantageusement utiliser la présente invention en combinaison avec la plate-forme d'atterrissage décrite dans la demande de brevet français FR-A-2 714 019, ou encore avec le dispositif- d'amarrage au sol décrit dans la demande de brevet fiançais déposée le 2t). 12.95 sous le numéro 95 15888. On se reportera avantageusement à ces deux document pour plus de précisions sur ces dispositifs. The present invention may advantageously be used in combination with the landing platform described in the French patent application FR-A-2 714 019, or even with the ground mooring device described in the French patent application. filed on 2t). 12.95 under number 95 15888. Reference is advantageously made to these two documents for more details on these devices.
L'invention n'est pas limitée au procédé particulier qui vient d'être décrit en rélcrence aux figures 1. 2 et 4. Le nombre de câbles est au miniinum dc Un. The invention is not limited to the particular method which has just been described with reference to FIGS. 1. 2 and 4. The number of cables is at least dc Un.
T1 est avantageusement d'au moins trois. cc qui permet dc contrôler les mouvenients horizontaux du ballon dans toutes les directions. On peut néanmoins se contenter d'un seul câble ou dc deux lorsque la direction du vent ou des rafàles est unique. Il est aussi possible de répartir les difierents câbles en fonction de la direction du vent, par exemple en déplaçant les treuils correspondants. On peut alors choisir toute répartition appropriée des câbles. et pas seulement une répartition uniforme des câbles autour de la périphérie du ballon. T1 is advantageously at least three. cc which allows to control the horizontal movements of the ball in all directions. We can nevertheless be satisfied with a single cable or two when the direction of the wind or gusts is unique. It is also possible to distribute the difierent cables according to the wind direction, for example by moving the corresponding winches. We can then choose any appropriate distribution of cables. and not just a uniform distribution of cables around the periphery of the balloon.
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