AERONEF A VOILURE TOURNANTE ET A SOUFFLANTE CANALISEE APPARTENANT AUX CATEGORIES DES MINI ET MICRO DRONES La présente invention concerne un aéronef à décollage et atterrissage verticaux (en anglais VTOL ou Vertical Take-Off and Landing) et à soufflante canalisée appartenant aux catégories des mini et micro drones. L'utilisation d'un aéronef VTOL et à soufflante canalisée appartenant aux catégories des mini et micro drones à des fins d'observation de zones de territoire est connue. Ce type d'aéronef comprend normalement un 10 corps torique, qui définit le fuselage de l'aéronef, supporte les instruments de topographie et de commande, est pourvu de pieds ou de bras à une extrémité axiale pour se tenir au sol et loge une hélice motorisée supportée par le corps torique et montée pour tourner 15 autour d'un axe coaxial avec le corps torique. En général, ce type d'aéronef à soufflante canalisée est normalement préféré à un aéronef correspondant VTOL et à hélice ouverte en raison de sa plus grande sécurité d'utilisation, de ses meilleures 20 performances de propulsion et de sa sensibilité réduite aux rafales de vent. La commande d'attitude d'un aéronef à soufflante canalisée est normalement réalisée en agençant un certain nombre de volets mobiles en aval de l'orifice 25 de sortie du corps torique et reliés au corps torique. En ce qui concerne la mécanique de vol, la commande d'attitude du corps torique dans l'aéronef du type susmentionné est effectuée de la manière suivante : en supposant que l'aéronef à soufflante canalisée vole vers l'avant à une vitesse V1 généralement perpendiculaire à l'axe du corps torique et que le vent apparent a une vitesse V2 égale et opposée à la vitesse V1, le flux d'air qui se déplace à la vitesse V2 devant l'orifice d'entrée du corps torique est aspiré à l'intérieur du corps torique par la dépression générée par l'hélice et est dévié vers le bas à un angle d'environ 900. Cette déviation engendre un changement 10 correspondant du déplacement du flux d'air aspiré, ce qui génère une première force de résistance D1 appliquée au centre de propulsion (c.p.) de l'aéronef, et un premier moment de résistance MD1, est appliqué au centre de masse ou barycentre (C.G.) de l'aéronef et a 15 une valeur donnée par D1 pour la distance entre c.p. et C.G. Evidemment, D1 est une résistance normalement appliquée au-dessus de C.G. et dans le même sens que V2. Par conséquent, MD1 est normalement un moment de 20 cabrage, qui a tendance à déplacer une portion avant (dans le sens de la vitesse V1) du corps torique vers le haut. Dans le cas où l'on souhaite exercer une commande d'attitude du corps torique et au moins l'un des volets 25 susmentionnés est actionné à cet effet, le flux d'air quittant l'orifice de sortie du corps torique est dévié davantage, ce qui génère une deuxième force de résistance et un deuxième moment de résistance MD2 ayant la même valeur absolue que MD1 mais un signe 30 opposé, qui sont ajoutés respectivement à D1 et MD1 pour donner une force de résistance résultante DR et un moment de résistance résultant MDR. Dans chacune de ces quantités, il est donc possible de distinguer une première valeur (Dl ; MD1), une fonction de la vitesse de l'aéronef à soufflante canalisée et des conditions de l'environnement entourant l'aéronef, et une deuxième valeur (D2 ; MD2) de commande, générée par les volets et complémentaire de la première en ce qui concerne des DR et MDR de commande souhaitées. Pour atteindre un objectif similaire dans un 10 aéronef à soufflante canalisée connu, il y a une tendance à : - réduire MD1 le plus possible en positionnant C.G. le plus haut possible, de manière à réduire la distance entre C.G. et c.p. et par conséquent le bras de Dl ; 15 - placer les volets le plus bas possible et le plus loin possible de l'hélice, de manière à augmenter le bras des forces de commande. Ces stratagèmes architecturaux présentent l'inconvénient d'augmenter la hauteur de l'aéronef à 20 soufflante canalisée, avec une position très haute du barycentre, ce qui a des répercussions sur la stabilité de tenue au sol de l'aéronef à l'atterrissage. En outre, les volets : - sont exposés et donc soumis à des perturbations 25 en raison de rafales de vent, ce qui a des répercussions sur la qualité de la commande d'attitude ; et - génèrent, comme cela est susmentionné, une force D2 dans le même sens que Dl ; par conséquent, en vol 30 stationnaire dans des conditions de vent constant, une inclinaison plus grande du corps torique est nécessaire pour garantir que la composante de propulsion horizontale de l'hélice soit égale à la somme de D1 et D2. La présente invention a pour objectif de proposer 5 un aéronef VIOL et à soufflante canalisée appartenant aux catégories des mini et micro drones permettant de minimiser les inconvénients susmentionnés. En particulier, la présente invention vise à améliorer l'efficacité de fonctionnement de ces aéronefs au moyen 10 d'une solution novatrice pour commander l'attitude de vol. Selon la présente invention, il est prévu un aéronef VTOL et à soufflante canalisée appartenant aux catégories des mini et micro drones tel que présenté en 15 revendication 1 et, préférentiellement, en une des revendications suivantes directement ou indirectement dépendante de la revendication 1. En particulier, selon la présente invention, il est prévu un aéronef VTOL et à soufflante canalisée 20 appartenant aux catégories des mini et micro drones, l'aéronef ayant un centre de pression ou barycentre et un centre de poussée situé au-dessus du barycentre, et comprenant un corps torique qui comporte un premier axe s'étendant longitudinalement le long du corps torique, 25 qui définit un fuselage de l'aéronef et qui est pourvu de moyens de tenue au sol ; et des moyens d'hélice motorisés logés à l'intérieur du corps torique, supportés par le corps torique et montés pour tourner autour du premier axe ; l'aéronef étant caractérisé en 30 ce que les moyens d'hélice comprennent un rotor rigide comprenant une pluralité de pales réparties uniformément autour du premier axe ; chaque pale comportant un deuxième axe respectif transversal au premier axe, un pas respectif autour du deuxième axe respectif ; et, pour chaque pale, des premiers et deuxièmes moyens de commande respectifs pour faire varier collectivement et respectivement pour faire varier cycliquement le pas respectif. La présente invention va être décrite ci-après en référence aux dessins annexés qui représentent un mode 10 de réalisation non limitatif et sur lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation préféré de l'aéronef selon la présente invention ; - la figure 2 représente une élévation latérale 15 partielle avec des parties en coupe et des parties supprimées, par souci de clarté, de l'aéronef de la figure 1 ; - la figure 3 représente une élévation latérale, à une échelle agrandie, d'une portion centrale de 20 l'aéronef sur les figures 1 et 2 ; et - la figure 4 représente, à une échelle agrandie et partiellement en coupe, un détail de la figure 3, dans une configuration de fonctionnement différente. Sur la figure 1, le numéro de référence 1 indique 25 globalement un aéronef VTOL et à soufflante canalisée appartenant à la catégorie des mini ou micro drones et comprenant un corps torique 2 avec un axe longitudinal 3 et pourvu, à l'une de ses extrémités axiales, de pieds 4 uniformément répartis autour de l'axe 30 longitudinal 3 et faisant saillie vers le bas à partir du corps torique 2 pour permettre au corps torique 2 de se tenir au sol. Le corps torique 2 est défini par une paroi intérieure 5 et une paroi extérieure 6, coaxiales à l'axe longitudinal 3 et côte à côte. La paroi intérieure 5 et la paroi extérieure 6 sont incurvées avec des concavités se faisant face et sont liées l'une à l'autre de manière à définir, entre elles, un conduit annulaire 7 (figure 2) coaxial à l'axe longitudinal 3 et apte normalement à contenir les instruments de topographie et de commande (non représentés et comprenant par exemple le pilote automatique) montés pour accéder à l'extérieur du conduit annulaire 7 à travers des fenêtres d'accès pouvant être fermées 8 constituées dans la paroi extérieure 6. L'aéronef 1 comprend un moteur supérieur 9 qui est relié à un moyeu supérieur 10, qui est relié au corps torique 2 à une position coaxiale à l'axe longitudinal 3 au moyen d'une pluralité de rayons 11 s'étendant à partir du moyeu supérieur 10 jusqu'à une supérieure 12 du corps torique. A son extrémité inférieure, l'aéronef 1 lèvre d'entrée comprend également un stator 13 (figure 2) comprenant un moyeu inférieur 14 coaxial à l'axe longitudinal 3 et une pluralité de rayons 15, chacun d'eux s'étendant à partir du périmètre du moyeu inférieur 14 jusqu'à une lèvre de sortie inférieure 16 du corps torique 2 pour relier de manière rigide le moyeu inférieur 14 au corps torique 2 et supporter des organes de commande mobiles 17 (de type connu), qui définissent un dispositif ajustable 17a, de type connu, ayant pour fonction, en utilisation, de commander la rotation de l'aéronef autour de l'axe longitudinal 3. Comme cela est mieux représenté sur la figure 3, le moteur 9 comprend un arbre de sortie 18 en bas qui 5 est coaxial à l'axe longitudinal 3 et comporte une portion supérieure 19 s'étendant vers le bas à partir du moyeu supérieur 10 et une portion inférieure 20 qui fait partie intégrante de la portion supérieure 19 et qui comporte une extrémité inférieure reliée de manière 10 à pouvoir tourner au moyeu inférieur 14. Les actionneurs 22 sont agencés autour de la portion supérieure 19 de l'arbre de sortie 18. Dans ce cas, il y a trois actionneurs 22 qui sont uniformément répartis autour de l'axe longitudinal 3 et qui sont 15 reliés rigidement au moyeu supérieur 10. Chacun des actionneurs 22 est apte à faire fonctionner un mécanisme de manivelle respectif 23 qui, avec les autres mécanismes de manivelle 23 et sous l'effet de la poussée des actionneurs respectifs 22, est apte à faire 20 fonctionner une plaque oscillante 24 montée de manière à pouvoir coulisser sur la portion inférieure 20 de l'arbre de sortie 18. Comme cela est mieux représenté sur la figure 4, la plaque oscillante 24 comprend une portion intérieure 25 définie par un manchon 25, qui est couplé à l'arbre de sortie 18 par une jointure sphérique 26 montée de manière à pouvoir coulisser sur l'arbre de sortie 18, et dans lequel passe la portion inférieure 20 de l'arbre de sortie 18. 30 La plaque oscillante 24 comprend en outre une portion extérieure définie par un élément à rayons 28 comprenant un moyeu central 29, dont une surface intérieure est couplée de manière à pouvoir tourner, par des paliers, à une surface extérieure cylindrique du manchon 25, et une pluralité de rayons 30, chacun d'eux s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du périmètre externe du moyeu 29 et étant relié à son extrémité libre à l'extrémité libre de la bielle du mécanisme de manivelle respectif 23. A partir de l'assemblage décrit ci-dessus, il s'ensuit que : - la liaison de l'élément à rayons 28 au moyeu supérieur 10 réalisée par l'intermédiaire des mécanismes de manivelle 23 empêche toute rotation de l'élément à rayons 28 autour de l'axe longitudinal 3 ; - le couplage du manchon 25 à l'arbre de sortie 18 par l'intermédiaire de la jointure sphérique 26 permet au manchon 25 d'osciller autour d'un axe traversant un centre 27 situé sur l'axe longitudinal 3 ; - le couplage, réalisé par des paliers, entre le 20 manchon 25 et l'élément à rayons 28 amène ces deux composants à faire partie intégrante l'un de l'autre en ce qui concerne l'oscillation autour du centre 27, c'est-à-dire qu'il permet à l'élément à rayons 28 d'être incliné rigidement avec le manchon 25 sous 25 l'effet de la poussée d'un moment interne appliqué par les actionneurs 22, et en ce qui concerne le coulissement le long de l'arbre de sortie 18, c'est-à-dire qu'il permet au manchon 25 et à l'élément à rayons 28 de se déplacer axialement, conjointement avec le 30 centre 27, le long de l'axe longitudinal 3 sous l'effet d'une poussée interne appliquée par les actionneurs 22.
Un moyeu tubulaire 32 d'un rotor 33 est monté au-dessous de la plaque oscillante 24, sur la portion inférieure 20 de l'arbre de sortie 18, au moyen d'une broche radiale 31, le rotor 33 étant logé de manière à pouvoir tourner à l'intérieur d'un conduit 34 (figures 1 et 2) défini, de manière coaxiale à l'axe longitudinal 3, par la paroi intérieure 5 du corps torique 2. Une transmission articulée 35 est interposée entre le manchon 25 et le moyeu tubulaire 32, et elle définit un compas résistant à la torsion apte à transmettre un mouvement rotatif entre l'arbre de sortie 18 et le manchon 25. En particulier, la transmission articulée 35 est 15 définie par un mécanisme de manivelle comprenant un levier 36, qui est monté sur un appendice radial externe 37 du manchon 25, ayant un axe 38 agencé radialement par rapport à l'axe longitudinal 3 et traversant le centre 27. La transmission articulée 35 20 comprend en outre une bielle 39, dont une première extrémité est reliée à l'extrémité libre du levier 36 pour tourner, par rapport au levier 36, autour d'un axe 40 perpendiculaire à l'axe longitudinal 3 et à l'axe 38, et dont une deuxième extrémité est reliée au moyeu 25 tubulaire 32 pour tourner, par rapport au moyeu tubulaire 32, autour d'un axe 41 parallèle à l'axe 40. Ainsi, en bref, la transmission articulée 35 amène le moyeu 32 et le manchon 25 à faire partie intégrante l'un de l'autre de manière angulaire autour de l'axe 30 longitudinal 3, ce qui permet, en utilisation, la transmission d'un mouvement rotatif de l'arbre de .10 sortie 18 au manchon 25, tout en laissant en même temps le manchon 25 libre d'osciller autour du centre 27 et de coulisser le long de l'axe longitudinal 3. Le rotOr 33 comprend une pluralité de pales 42 ayant des .aes fixes respectifs 43 s'étendant vers l'extérieur à partir du moyeu tubulaire 32, chacune d'elles étant pourvue d'un mouvement collectif et d'un mouvement cyclique autour de l'axe respectif 43. Comme cela est représenté sur la figure 4, pour chaque pale 42, le rotor 33 comprend un corps porteur de pales comprenant une broche 44 reliée rigidement au moyeu 32 et s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du moyeu tubulaire 32, de manière coaxiale à l'axe respectif 43, en intersection avec les axes 43 des autres pales 42 à un centre de poussée 45 placé le long de l'axe longitudinal 3 à une distance S (figure 2) au-dessous d'un barycentre 46 situé le long de l'axe longitudinal 3, normalement à une position immédiatement au-dessus de la lèvre d'entrée supérieure 12. Le corps porteur de pales de chaque pale 42 sert également de charnière pour faire varier l'angle de tangage de la pale 42 autour de l'axe respectif 43 et comprend, à cet effet, une racine de montage tubulaire 47 définie par un manchon généralement cylindrique, qui est coaxial à l'axe respectif 43 et qui est monté de manière à pouvoir tourner sur la broche associée 44 par l'interposition d'un système de palier 48, serré axialement par rapport à la racine 47 au moyen d'un écrou 49 vissé sur une extrémité filetée de la broche respective 44. Chaque racine 47 est reliée à la plaque oscillante 24 par l'intermédiaire d'un mécanisme de manivelle respectif 50 comprenant une manivelle 51 tournant autour d'un axe respectif 43, faisant partie intégrante de la racine respective 47 et s'étendant 5 radialement vers l'extérieur à partir de la racine 47, et une bielle 52 reliant l'extrémité libre de la manivelle 51 à un pied de bielle 53 faisant saillie radialement vers l'extérieur à partir du manchon 25. En bref, l'assemblage décrit ci-dessus de chaque 10 pale 42 permet de : - faire tourner des pales 42 d'un seul tenant avec l'arbre de sortie 18 ; - faire varier collectivement le pas des pales 42 autour des axes respectifs 43 par l'intermédiaire d'un 15 mouvement concordant des bielles 52 suivant le coulissement de la plaque oscillante 24 le long de l'axe longitudinal 3 (commande collective) ; - faire varier cycliquement le pas de chaque pale 42 autour de l'axe respectif 43 par l'intermédiaire du 20 mouvement de la bielle respective 52 suivant une inclinaison de la plaque oscillante 24 (commande cyclique). Puisque les pales 42 n'ont pas de jointures de battement et ne sont pas souples, le rotor 33 décrit 25 ci-dessus est un rotor de type « complètement rigide ». Grâce à cette solution, une commande collective est utilisée pour commander la propulsion et une commande cyclique est utilisée pour la commande d'attitude de l'aéronef 1. En fait, la commande 30 collective modifie simultanément l'angle de tangage des pales de la même quantité, ce qui permet de modifier la , 12 propulsion, alors que la commande cyclique du pas de chaque pale génère la plus grande portance à partir de la pale dans le sens dans lequel l'angle de tangage est maximal et la plus petite portance dans le sens opposé.
Puisque la ' résultante des forces aérodynamiques agissant sur la pale est positionnée vers la périphérie de la pale, un couple permettant la commande d'attitude de l'aéronef est généré. L'utilisation d'un aéronef VTOL et à soufflante 10 canalisée de petite taille (appartenant aux catégories des mini et micro drones) avec un rotor rigide associé à une commande cyclique et une commande collective des pales, comme dans l'aéronef 1 de la présente invention, présente des avantages considérables, qui émergent 15 clairement s'il est considéré que la majorité des rotors connus normalement utilisés dans ce type d'aéronef sont généralement fixes et n'ont pas de mouvement collectif, et qu'une variation de propulsion est obtenue en faisant varier le nombre de tours, alors 20 qu'une commande d'attitude est réalisée par l'intermédiaire de volets positionnés en aval du corps annulaire, avec les inconvénients indiqués dans l'introduction. La commande collective et la commande cyclique 25 sont normalement utilisées dans des aéronefs avec des rotors ouverts (non canalisés), comme les hélicoptères. Néanmoins, dans ce cas, la commande cyclique est couplée au mouvement de battement des pales, ou plutôt à un mouvement oscillant vers le haut et vers le bas 30 obtenu au moyen de charnières ou de la flexibilité des pales. Dans ces aéronefs, la commande cyclique provoque une variation de la portance sinusoïdale à chaque tour de la pale et la variation de la portance provoque un déplacement sinusoïdal vers le haut et vers le bas de la pale sur la charnière de battement. Par conséquent, le plan de la pale n'est plus orthogonal à l'axe de rotation mais est incliné dans le sens défini par la commande donnée (orthogonal au sens de déviation maximale de la pale). La composante orthogonale (à l'axe de rotation) de la poussée de rotor fait tourner l'hélicoptère et ainsi commande l'attitude. Un rotor rigide, c'est-à-dire sans mouvement de battement, rendrait un hélicoptère instable en déplacement vers l'avant car la pale de déplacement vers l'avant a une plus grande vitesse par rapport à l'air que la pale de déplacement vers l'arrière, ce qui génère un couple en déplacement vers l'avant qui a tendance à renverser l'aéronef sur le côté. Le rotor semi-rigide a été dérivé en remplacement du rotor dans lequel chaque pale a un mouvement de battement. Le rotor semi-rigide tourne intégralement autour d'un axe orthogonal à l'axe de rotation ou une jointure sphérique ou des pales flexibles. Ce type de rotor est généralement utilisé dans des aéronefs de catégories inférieures et dans des gyroplanes, car sa construction est moins complexe. Quant aux rotors rigides, leur utilisation est réservée aux applications spéciales, comme les hélicoptères acrobatiques. Dans ce cas, un rotor de battement limite les manoeuvres de l'hélicoptère et ne permet pas des manoeuvres de G négatif puisque les pales dévieraient vers le bas et toucheraient le fuselage de l'hélicoptère. Pour des hélicoptères acrobatiques, des rotors rigides ont donc été étudiés, avec un mouvement de battement moins prononcé et en s'appuyant uniquement sur la flexibilité des pales. :1 va de soi que ces aéronefs nécessitent une commande'd'attitude plus sophistiquée pour éviter un renversement en déplacement vers l'avant. Dans le cas d'un aéronef à soufflante canalisée, il n'existe pas de problème en déplacement vers l'avant puisque le flux d'air est toujours dirigé le long de l'axe de propulsion et le battement est donc non seulement inutile mais également à éviter car il provoquerait : - la réduction ou la suppression du différentiel de force sur les pales et donc du couple pouvant être 15 généré ; - l'inclinaison du rotor à l'intérieur de l'anneau torique, ce qui provoquerait des problèmes d'interférences avec des pièces mécaniques ; et - la réduction du rendement de propulsion du rotor 20 en raison de l'espacement variable entre le rotor et l'anneau torique. Par conséquent, alors que la « rigidité des pales » constitue un problème dans les aéronefs avec des rotors non canalisés et pourvus d'une commande de 25 pas cyclique et collective des pales, elle représente une innovation et un avantage dans les aéronefs avec des rotors canalisés.