FR2976554A1 - Systeme d'integration d'un moteur diesel dans un drone - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un drone (1) à voilure tournante comportant une armature dans laquelle se trouve : - un ensemble de capteurs (13) destinés à la surveillance, et/ou au renseignement, et/ou au déplacement dudit drone (1), et - une unité de commande (14) associée à cet ensemble de capteurs (13), caractérisé en ce qu'il comporte un moteur (4) diesel.

Description

SYSTEME D'INTEGRATION D'UN MOTEUR DIESEL DANS UN DRONE

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système d'intégration d'un moteur diesel dans un aéronef sans pilote humain, tel qu'un drone. Plus particulièrement, l'invention a pour but d'atténuer, voire d'absorber les vibrations ou ondes vibratoires propagées sur la structure de l'aéronef, par le moteur diesel en fonctionnement. Etat de la technique et problèmes techniques rencontrés Dans l'état de la technique, il existe dans le domaine aéronautique, des aéronefs dits sans pilote humain à bord ou UAV (Unmanned Aerial Vehicle), généralement appelés drones. Un drone à pour vocation d'emporter une charge utile, destinée à des missions qui sont soit de surveillance, soit de renseignement, ou soit de combat. La taille et la masse de tels aéronefs sont relatives aux capacités opérationnelles recherchées. En effet, la masse d'un drone présente une valeur comprise entre quelques kilogrammes à plusieurs tonnes. Ces drones aériens se différencient les uns des autres par rapport à leur mode de déplacement ainsi que par rapport à leur alimentation en énergie. A ce jour, il existe une catégorie de drones, dit drone à voilure fixe, se présentant sous une forme générale d'avion, pouvant aller à plus ou moins longue portée et à plus ou moins haute altitude. Ce type de drone à pour vocation première de suivre le déplacement d'une cible. On entend par cible une personne, ou un groupe d'individus, ou encore un objet, ou un ensemble d'objets, passant ou se trouvant dans un champ de vision des capteurs dudit drone. La longueur et le volume de ces drones sont respectivement proportionnels à leur autonomie, autrement dit, cela dépend de la quantité de carburant qu'il peuvent emporter pour alimenter leur moyen de propulsion, ainsi que de leur chargement, comme par exemple des dispositifs de surveillance, des armes, des missiles, ou autres. Il existe également une autre catégorie de drones, dit drone à voilure tournante se présentant sous une forme générale d'hélicoptères, comme ORKA développé par la société Cassidian. Ce drone a pour avantage de conserver une position géostationnaire au-dessus d'une cible. Il dispose également d'une autonomie de vol comprise entre 5 et 6 heures, et est propulsé par un moteur à essence. II existe donc un besoin d'augmenter l'autonomie d'un tel drone afin de rester sur le théâtre des opérations plus longtemps. Toutefois, il est difficile 5 d'augmenter une telle autonomie sans avoir à augmenter sa taille pour emporter plus d'essence, le rendant ainsi plus visible et potentiellement vulnérable à une éventuelle attaque sur ledit théâtre. Afin de diminuer la visibilité et donc la vulnérabilité de ce type de drone sur un théâtre d'opération, il est pourvu d'un fuselage configuré de 10 sorte à être furtif, comme illustré à la figure 1. Par le terme furtif, on comprend que les caractéristiques du drone sont conçues pour avoir une signature réduite, indétectable, ou non identifiable par un radar ou par un individu. Exposé de l'invention 15 La présente invention vise à résoudre l'ensemble des inconvénients de l'état de la technique. Pour cela, l'invention propose un système d'intégration d'un moteur diesel dans un drone de type hélicoptère. L'utilisation du moteur diesel en lieu et place du moteur à essence permet de diminuer la consommation de carburant tout en évitant 20 d'augmenter la taille, le volume et la masse du drone. Cependant, le remplacement du moteur à essence des drones par un moteur diesel afin d'augmenter l'autonomie a posé un certain nombre de difficulté aux concepteurs, notamment du fait des vibrations générées par le moteur diesel, mais également par la difficulté à trouver un moteur diesel 25 existant certifiable et de faible masse. L'invention propose un moteur diesel résolvant ces problèmes tout en permettant au drone une autonomie supérieure à 8 heures de vol. Le moteur diesel de l'invention comporte à cet effet un dispositif d'absorption de vibrations. 30 Des moteurs diesels provenant de l'industrie automobile peuvent être utilisés permettant ainsi de réduire les coûts de production. En outre, l'utilisation de tels moteurs permet de bénéficier d'une fiabilité certifié et d'un niveau de maintenance négligeable. L'invention a donc pour objet un moteur destiné à un drone 35 comportant au moins un cylindre apte à confiner la combustion, dans lequel coulisse un piston en un mouvement rectiligne alternatif, ledit mouvement rectiligne alternatif étant transformé en mouvement de rotation par l'intermédiaire d'un vilebrequin, caractérisé en ce que ledit moteur est un moteur diesel.

L'invention comporte également l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - un dispositif d'absorption des oscillations de couple du moteur, ledit dispositif étant monté solidairement à une extrémité du vilebrequin de sorte à atténuer les vibrations; - le dispositif d'absorption de vibration comporte : - un adaptateur d'axe du vilebrequin, sur lequel s'emboitent comme un pivot, un premier élément cylindrique, ledit élément comportant des griffes et des dents qui sont chanfreinés de sorte à permettre un assemblage de trois pignons, - un premier élément cylindrique s'emboitant au dessus du pignon avant qu'un deuxième élément cylindrique vienne le recouvrir, ledit deuxième élément cylindrique comportant des griffes et des dents aptes à venir s'assembler avec lesdits pignons ainsi qu'avec le premier élément cylindrique, - un anneau venant s'intercaler solidairement entre un plateau et le deuxième élément cylindrique, - un arbre support comportant à l'une de ses extrémités un ensemble d'anneaux d'espacement, de roulements à billes et un circlips, ledit circlips étant configuré de sorte à venir s'emboiter solidairement à l'intérieur de l'adaptateur, ledit arbre support étant monté solidairement à l'intérieure d'une roue d'inertie de sorte que le plateau se retrouve plaqué contre la roue; - les trois pignons sont en élastomères; - le deuxième élément cylindrique comporte un anneau de diamètre externe supérieur au premier élément cylindrique, et de diamètre interne identique à au premier élément cylindrique, les dimensions des diamètres desdits anneaux étant adaptés de sorte à s'emboiter sur l'adaptateur; - le plateau a un orifice interne laissant traverser le premier élément cylindrique, ainsi que les pignons; - la roue d'inertie est en élastomère.

L'invention a également pour objet un drone à voilure tournante comportant une armature dans laquelle se trouve de manière non exhaustive: - un ensemble de capteurs destinés à la surveillance, et/ou au renseignement, et/ou au déplacement dudit drone, et - une unité de commande associée à cet ensemble de capteurs, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur selon l'une des caractéristiques précédentes. L'invention comporte également les caractéristiques suivantes: - le moteur est suspendue au bout de trois plots en élastomère, ingénieusement répartis autour du moteur, de sorte à ce que le centre de raideur soit au voisinage du centre de gravité de la partie du moteur suspendue; - une poutre de queue comportant une extrémité proximale montée solidairement à l'armature, et une extrémité distale supportant un rotor de queue via une boite de vitesse, ladite boite de vitesse étant couplée à la chaine de transmission du moteur, via un arbre de transmission du rotor de queue; - la poutre comporte à son extrémité distale un empennage de queue; - l'armature supporte solidairement des patins d'atterrissage. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : une représentation schématique d'un drone hélicoptère de type furtif, selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 2 : une représentation schématique du système d'intégration du moteur diesel, selon un mode de réalisation de l'invention ; - Figure 3 : une représentation du dispositif d'absorption des vibrations dans le système selon la figure 2 ; - Figure 4 : une représentation schématique détaillée des éléments constituant le dispositif d'absorption, selon un mode de réalisation de l'invention.

Description de l'invention On note dès à présent que les figures ne sont pas à l'échelle. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisations peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. La figure 1 est une représentation schématique d'un drone 1 à voilure tournante, selon un mode de réalisation de l'invention. Ce drone 1 comporte de manière non exhaustive une armature 2, supportant solidairement des patins 3a, 3b d'atterrissage. L'armature 2 est conçue de sorte à supporter un moteur 4, un ensemble de capteurs 13 (illustrées figure 1) destinés à la surveillance, et/ou au renseignement, et/ou au déplacement dudit drone 1 et une unité de commande 14 (illustré figure 2) associée à cet ensemble de capteurs. Une telle unité de commande 14 est connue de l'homme du métier et ne fait pas l'objet de notre invention. Une description plus en avant de cette unité de commande 14 est donc inutile. Toutefois, une telle unité de commande 14 est apte à permettre au drone 1 d'être totalement autonome dans son déplacement et son positionnement par rapport à une cible en fonction de données qui lui ont été préalablement communiquées. Dans le reste de la description, on entend par cible une personne, ou un groupe d'individus, ou encore un objet, ou un ensemble d'objets, passant ou se trouvant dans un champ de vision des capteurs 13 dudit drone 1. Dans une variante de réalisation de l'invention, un opérateur est habilité à guider de manière radiocommandé ledit drone 1 au moyen d'un clavier et/ou un joystick dédié (non représentés). Pour cela, ledit drone 1 est pourvu d'une unité de communication (non représenté) connectée à l'unité de commande 14, afin de répercuter à ce dernier les instructions de pilotage transmises par l'opérateur, via une interface de supervision (non représentée). Une poutre 5 de queue comporte une extrémité 5a proximale montée solidairement à l'armature 2, et une extrémité 5b distale supportant un rotor 6 de queue via une boite de vitesse (non représentée). Cette boite de vitesse est couplée à la chaine de transmission du moteur 4, via un arbre 7 de transmission du rotor de queue. Dans une variante de réalisation de l'invention, la poutre comporte à son extrémité 5b distale un empennage de queue (non représenté).

Le moteur 4 est un moteur diesel en lieu et place d'un moteur essence utilisé dans l'état de la technique. L'utilisation d'un tel moteur diésel n'a pour but que d'augmenter l'autonomie de vol du drone 1, la faisant passer de 5 heures à un peu plus de 8 heures. Le moteur 4 est un moteur diesel classique, utilisé généralement pour les véhicules automobiles, afin de diminuer les coûts de fabrication. Ainsi, le moteur 4 transforme l'énergie issue de la combustion du carburant en énergie mécanique. Pour cela, le moteur 4 comporte d'un ensemble d'éléments génériques qui sont connus de l'homme du métier et ne seront donc pas représentés sur les figures. A cet effet, le moteur 4 dispose d'un ou de plusieurs cylindres apte à confiner les combustions. Dans chaque cylindre, un piston coulisse en un mouvement rectiligne alternatif. Ce mouvement rectiligne alternatif est transformé en rotation par l'intermédiaire d'une bielle reliant le piston à un vilebrequin. Par vilebrequin, il faut comprendre un assemblage de manivelles sur un axe. Ce vilebrequin comporte à l'une de ces extrémités un volant d'inertie (non représenté) qui habituellement dans les véhicules automobiles est associé à un embrayage et/ou à une couronne d'un démarreur. L'autre extrémité du vilebrequin comporte une poulie 8, ladite poulie 8 est couplée par l'intermédiaire d'une courroie 9 à une poulie 10 pour transmettre le mouvement de rotation du vilebrequin à un système de transmission 11. Ce système de transmission 11 comporte un mât 12, sur lequel est monté solidairement des pales 13a, 13b de rotor. La poulie 8 est également couplée par l'intermédiaire d'une autre courroie (non représentée), à l'arbre 7 de transmission du rotor de queue. Du fait que le moteur 4 génère énormément de chaleur, ledit moteur 4 est équipé d'un circuit de refroidissement passant au plus près des zones de production de la chaleur, afin de maintenir à une température optimum le moteur 4, ainsi que l'habitacle du drone 1. Un fluide caloporteur circule par l'intermédiaire d'une pompe 15 dans le circuit de refroidissement jusqu'à un radiateur 16 monté solidairement à l'armature et dont l'une des faces dudit radiateur 16 donne vers l'extérieur de l'habitacle du drone 1. Ainsi, dans une phase de vol, l'air extérieur au drone 1 traverse le radiateur 16, transférant l'énergie indésirable du moteur 4 à l'air ambiant. Afin de diminuer la visibilité et donc la vulnérabilité du drone 1 sur un théâtre d'opération militaire ou civil, le drone 1 est pourvu d'un fuselage 17 configuré de sorte à être furtif, comme illustré à la figure 1. Par le terme furtif, il faut comprendre dans le reste de la description que les caractéristiques du drone 1 sont conçus pour avoir une signature réduite, indétectable, ou non identifiable par un radar ou par un individu. Le fuselage 17 comporte également des rainures 18 pour permettre une meilleure aération du moteur 4. Le radiateur 16 est quand à lui disposé à l'avant du fuselage afin d'avoir une meilleure prise d'air. Pour cela, un orifice 19 est pratiqué dans le fuselage pour permettre au radiateur 16 d'avoir une face 16a donnant vers l'extérieur du drone 1. Cependant, lorsque le moteur 4 est en fonctionnement, il génère des vibrations. En effet, c'est vibrations sont essentiellement dues au fait que le vilebrequin est entrainé en rotation par à-coup, du fait du déplacement successif des pistons dans les cylindres. Pour résoudre ce problème de vibrations, l'invention se propose d'une part de monter le moteur 4 suspendue au bout de trois plots (non représentés) en élastomère, ingénieusement répartis autour du moteur 4, de façon à ce que le centre de raideur soit au voisinage du centre de gravité de la partie du moteur 4 suspendue. D'autre part, l'invention se propose de coupler le volant d'inertie du moteur 4 à un dispositif 20 d'absorption des vibrations. Ce dispositif 20 comporte un adaptateur 22 d'axe moteur sur lequel est monté un système d'accouplement d'arbre anti-vibration. Ce système d'accouplement d'arbre anti-vibration comporte un premier élément cylindrique 23 traversé de part en part par un orifice de sorte à s'emboiter sur l'adaptateur 22 comme un pivot. Cet élément cylindrique 23 comporte des griffes et des dents qui sont chanfreinés de sorte à permettre un assemblage d'un ensemble de trois pignons 24, 25, 26, en élastomères. un anneau 27 vient ensuite s'emboiter au dessus du pignon 26 avant qu'un autre élément cylindrique 28 viennent le recouvrir. Cet élément cylindrique 28 comporte un anneau de diamètre externe supérieur à l'élément cylindrique 27 mais de diamètre interne identique à l'élément 27, de sorte à venir s'emboiter sur l'adaptateur 22. l'élément cylindrique 28 comporte des griffes et des dents apte à venir s'assembler avec les pignons 24, 25, 26, en élastomères, ainsi qu'avec l'élément 27. Un anneau 29, vient s'intercaler solidairement entre un plateau 30 et l'élément cylindrique 28. Le plateau ayant un orifice interne laissant traverser l'élément 27, et les pignons 24,25, 26. Un arbre support 31 comporte à l'une de ses extrémités un ensemble d'anneaux d'espacement 32, 33, 34, roulements à billes 35, 36 et un circlips 37, de sorte à venir s'emboiter solidairement à l'intérieur de l'adaptateur 22 d'axe moteur. l'arbre support est monté solidairement à l'intérieure d'une roue 21 d'inertie en élastomère, de sorte que le plateau 30 se retrouve plaqué contre la roue 21. L'adaptateur 22 est monté solidairement au bout du vilebrequin de sorte à absorber les oscillations de couple moteur et donc atténuer les vibrations.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1 - Moteur (4) destiné à un drone (1) comportant au moins un cylindre apte à confiner la combustion, dans lequel coulisse un piston en un mouvement rectiligne alternatif, ledit mouvement rectiligne alternatif étant transformé en mouvement de rotation par l'intermédiaire d'un vilebrequin, caractérisé en ce que ledit moteur (4) est un moteur diesel.
2. 2 - Moteur (4) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (20) d'absorption des oscillations de couple du moteur (4), ledit dispositif (20) étant monté solidairement à une extrémité du vilebrequin de sorte à atténuer les vibrations.
3. 3 - Moteur (4) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif (20) d'absorption de vibration comporte : - un adaptateur (22) d'axe du vilebrequin, sur lequel s'emboitent comme un pivot, un premier élément (23) cylindrique, ledit élément (23) comportant des griffes et des dents qui sont chanfreinés de sorte à permettre un assemblage de trois pignons (24, 25, 26), - un élément cylindrique (27) s'emboitant au dessus du pignon (26) avant qu'un élément cylindrique (28) vienne le recouvrir, ledit élément (28) cylindrique comportant des griffes et des dents aptes à venir s'assembler avec lesdits pignons (24, 25, 26) ainsi qu'avec l'élément (27), - un anneau (29) venant s'intercaler solidairement entre un plateau (30) et l'élément cylindrique (28), - un arbre support (31) comportant à l'une de ses extrémités un ensemble d'anneaux d'espacement (32, 33, 34), de roulements à billes (35, 36) et un circlips (37), ledit circlips étant configuré de sorte à venir s'emboiter solidairement à l'intérieur de l'adaptateur (22), ledit arbre support (31) étant monté solidairement à l'intérieure d'une roue (21) d'inertie de sorte que le plateau (30) se retrouve plaqué contre la roue (21).
4. 4 - Moteur (4) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les trois pignons (24, 25, 26) sont en élastomères.
5. 5 - Moteur (4) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'élément cylindrique (28) comporte un anneau de diamètre externe supérieur à l'élément cylindrique (27), et de diamètre interne identique à l'élément (27),les dimensions des diamètres desdits anneaux sont adaptés de sorte à s'emboiter sur l'adaptateur (22).
6. 6 - Moteur (4) selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le plateau (30) a un orifice interne laissant traverser l'élément (27), ainsi que les pignons (24,25, 26).
7. 7 - Moteur (4) selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la roue (21) d'inertie est en élastomère.
8. 8 - Drone (1) à voilure tournante comportant une armature dans laquelle se trouve : - un ensemble de capteurs (13) destinés à la surveillance, et/ou au renseignement, et/ou au déplacement dudit drone (1), et - une unité de commande (14) associée à cet ensemble de capteurs (13), caractérisé en ce qu'il comporte un moteur (4) selon l'une des revendications précédentes.
9. 9 - Drone (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moteur (4) est suspendue au bout de trois plots en élastomère, ingénieusement répartis autour du moteur (4), de sorte à ce que le centre de raideur soit au voisinage du centre de gravité de la partie du moteur (4) suspendue.
10. 10 - Drone (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une poutre (5) de queue comportant une extrémité (5a) proximale montée solidairement à l'armature (2), et une extrémité (5b) distale supportant un rotor (6) de queue via une boite de vitesse, ladite boite de vitesse étant couplée à la chaine de transmission du moteur (4), via un arbre (7) de transmission du rotor (6) de queue.
11. 11 - Drone (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que la poutre (5) comporte à son extrémité (5b) distale un empennage de queue.
12. 12 - Drone (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'armature (2) supporte solidairement des patins (3a, 3b) d'atterrissage.