FR3020039A1 - Aerodyne - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un engin 1 volant comportant une structure rigide portant de part et d'autre des ailes 2 fixes, un moyen 5 motorisé pour décoller ou atterrir verticalement et un moyen 4 motorisé pour se déplacer dans un plan horizontal cet engin étant caractérisé en ce que chaque aile 2 présente dans son épaisseur, une lumière traversante dans laquelle est logée une voilure tournante 5A,5B, les dites voilures tournantes tournant en sens opposés mais exerçant une poussée vers le bas chaque lumière étant pourvue d'un moyen 6 d'obturation supérieur et un moyen 7 d'obturation inférieur, les dits moyens 7 inférieurs d'obturation formant train d'atterrissage.

Description

02 0 03 9 1 AERODYNE L'invention se rapporte à un engin volant sans pilote de type aérodyne Ces engins volants se répartissent principalement en deux groupes ceux à voilure tournante et donc à décollage et atterrissage vertical et ceux à voilure 5 fixe et donc à décollage et atterrissage horizontal. Les engins à décollage vertical sont très intéressants par rapport aux autres car ils ne nécessitent pas de zone aménagée pour décoller et atterrir. En effet, pour les engins à voilure fixe, pour atterrir il faut au moins une piste de 10 à 100 mètres relativement plane et sans obstacles sinon, ces engins étant fragiles, il y a 10 souvent de la casse à l'atterrissage. De plus un appareil à voilure fixe impose une pente de descente faible dépourvue d'obstacles relativement éloignés du point d'atterrissage. Ces engins à décollage vertical offrent donc un intérêt cependant, ils sont gros consommateurs d'énergie car la sustentation dépend uniquement de la rotation 15 des dispositifs sustentateurs qui ont une poussée vers le bas. Ce qui fait que leur autonomie est réduite. Pour les engins à décollage horizontal la sustentation est produite par l'écoulement de l'air de part et d'autre de l'aile à des vitesses différentes ce qui provoque une dépression au-dessus de l'aile. Le déplacement de l'engin 20 nécessite souvent une seule hélice propulsive ou tractive de sorte que l'autonomie de l'engin est plus importante que celle des engins à voilure tournante. Il existe une troisième catégorie d'engins qui sont des engins mixtes. On connait US 2014/0084114 un engin volant comportant une structure rigide 25 présentant des ailes fixes montées de part et d'autre de la structure, un rotor à axe vertical entrainant des pales de sustentation monté au dessus de la structure rigide et un rotor de queue mobile selon deux axes l'un confondu avec l'axe longitudinal de l'engin et l'autre à la fois transversal à l'axe longitudinal de l'engin et parallèle au plan d'appui de l'engin au sol. Cet engin utilise son rotor à axe vertical entrainant des pales de sustentation ainsi que son rotor de queue pour procéder à un décollage vertical puis pivote le rotor de queue de 90°pour se déplacer horizontalement jusqu'à atteindre une vitesse horizontale suffisante pour une reprise de charge par les ailes fixes. Puis il coupe la rotation du rotor à axe vertical de sustentation, replie les pales du rotor de sustentation pour minimiser la tramée et enfin range les pales dans un 10 logement. Un tel engin peut donc décoller ou atterrir verticalement à la manière d'un hélicoptère et voler ensuite à l'horizontal comme un avion. Cependant, il convient de faire les remarques suivantes: La réalisation d'un rotor à axe vertical comportant des pales qui se replient en 15 vol avec un mécanisme de rétractation du rotor présente des difficultés qui ne sont pas abordées dans la demande US 2014/0084114 et qui conduisent à un ensemble technique onéreux, complexe et fragile. Ensuite, lorsque les pales de sustentation tournent, le flux d'air dirigé vers le bas frappe les ailes fixes ce qui perturbe l'écoulement de l'air et donc la 20 sustentation. Les problèmes rencontrés sur ces engins sont la consommation d'énergie notamment pour les engins dits à décollage vertical car la voilure tournante doit toujours être en rotation et le rendement aérodynamique de ce type d'engin est très inférieur aux voilures fixes. Souvent ces appareils sont à énergie électrique 25 et si l'amélioration des piles ou accumulateurs a fait progresser l'autonomie, les temps de vols restent restreints et donc tout allégement est profitable pour augmenter l'énergie embarquée.

L'invention propose un nouvel engin volant à voilure fixe à décollage vertical. A cet effet, l'invention se rapporte à un engin volant comportant une structure rigide portant de part et d'autre des ailes fixes, un moyen motorisé pour décoller ou atterrir verticalement et un moyen motorisé pour se déplacer dans un plan 5 horizontal, cet engin étant caractérisé en ce que chaque aile présente dans son épaisseur, une lumière traversante dans laquelle est logée une voilure tournante, les dites voilures tournantes tournant en sens opposés mais exerçant une poussée vers le bas, chaque lumière étant pourvue d'un moyen d'obturation supérieur et inférieur pour respecter le profil aérodynamique de la voilure fixe, les dits 10 moyens inférieurs d'obturation formant un train d'atterrissage. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin qui représente : FIG 1: engin volant en vue de dessus en mode décollage vertical FIG 2: engin volant en vol horizontal, les obturateurs n'étant pas encore fermés 15 en vue arrière FIG 3: vue latérale d'un engin volant en cours de passage du vol ascensionnel au vol horizontal FIG 4 à FIG 7: des variantes de réalisation En se reportant au dessin, on voit un engin 1 volant ou aérodyne comportant des 20 ailes 2 fixes fixées à une structure 3 porteuse. La structure 3 porteuse peut être très réduite en volume et surface lorsqu'il s'agit d'un engin sans pilote ou de faible capacité d'emport. Ces ailes 2 ont une surface suffisante et un profil permettant d'obtenir une portance suffisante par écoulement de l'air le long de l'intrados et l'extrados. 25 Ces ailes peuvent être démontables rapidement pour réduire l'encombrement lors d'un transport en voiture.

Pour déplacer horizontalement l'engin, il est fait appel à un moyen 4 moteur agissant dans ou parallèlement à l'axe longitudinal de l'engin. On utilisera préférentiellement une hélice entrainée par un moteur souvent électrique lorsqu'il s'agit d'un drone. Ce moyen moteur 4 peut être placé à l'avant ou à l'arrière de la structure porteuse. Cet engin est conçu pour décoller verticalement. A cet effet il comporte un moyen 5A 5B ,8 motorisé pour décoller ou atterrir verticalement. Selon l'invention, chaque aile 2 présente dans son épaisseur, une lumière 2A traversante dans laquelle est logée une voilure 5A tournante, les dites voilures tournantes tournant en sens opposés l'une par rapport à l'autre pour compenser leur couple de rotation mais toutes deux exerçant une poussée vers le bas, chaque lumière étant pourvu d'un moyen 6 d'obturation supérieur et d'un moyen 7 d'obturation inférieur, les dits moyens 7 inférieurs d'obturation formant train d'atterrissage.

Le moyen inférieur d'obturation 7 convient à un atterrissage vertical et/ou horizontal. Ainsi, le bord du moyen d'obturation porte un patin d'usure échangeable. Ils peuvent avoir chacun une forme de disque renforcé par des nervures. Le moyen de manoeuvre des moyens d'obturation déplace l'ensemble des 20 moyens d'obturation en même temps. De préférence pour le décollage ou l'atterrissage et le contrôle en lacet, l'engin présente en complément des voilures tournantes 5A,5B situées dans l'épaisseur des ailes, un moyen moteur 8 dit additionnel, qui développant une poussée sensiblement vers le bas, est écarté des voilures tournante 5A,5B pour former un 25 triangle de sustentation, lequel moyen moteur 8 additionnel est orientable autour d'un axe 9 confondu ou parallèle à l'axe longitudinal de l'engin.

La rotation du moteur 8 additionnel autour de l'axe 9 permet de contrôler la stabilité de l'aéronef et son déplacement ou positionnement à très faible vitesse autour du point d'atterrissage ou de décollage. Ce moyen moteur peut ainsi être monté pivotant grâce à une couronne rotative.

Avantageusement, le moyen additionnel 8 est également articulé à la fois transversalement à l'axe longitudinal de l'engin et parallèle au plan d'appui de l'engin au sol en sorte que par basculement autour d'un axe 8A, le moyen 8 générant une poussée ascensionnelle devient propulseur 4 ou tracteur horizontal de l'engin selon que le moyen additionnel est à l'arrière ou à l'avant. Le sens de basculement dépendra de l'orientation des pales de l'hélice. On optera pour un montage tel que lorsque l'hélice du moyen 8 tourne autour d'un axe vertical, la poussée ne soit pas gênée par la queue de l'appareil (voir figure 3). Dans une seconde forme de réalisation, le moyen moteur 8 additionnel est destiné à générer uniquement une poussée ascensionnelle et corriger la stabilisation et un moyen moteur 4 distinct est disposé, par exemple, sur le nez de l'engin volant pour son déplacement horizontal en mode avion lorsque le moyen moteur 8 est localisé au niveau de la queue. Par mode avion on comprendra que l'engin volant est porté uniquement par ses 20 ailes rigides qui peuvent être composées de plusieurs sections démontables. Des gyroscopes fournissent des données à un logiciel contrôlant la vitesse de rotations des divers moyens moteurs notamment lors de la transition de la poussée verticale à la poussée horizontale ou inversement pour éviter tout décrochage. Les gyroscopes, variateurs de vitesse et autres stabilisateurs 25 électroniques participent à la stabilité du vol stationnaire comme au déplacement de l'engin à faible vitesse.

L'orientation autour de l' axe 9 du moyen moteur 8 contrôle la stabilité de l'engin en vol stationnaire. Il comprend un moyen surveillant l'arrêt des voilures tournantes pour mettre en position fermée les moyens 6,7 d'obturation. Comme cela a été dit, la voilure tournante qui se loge dans chaque aile doit avoir, de préférence, une épaisseur inférieure à l'épaisseur de l'aile afin de pouvoir reconstituer l'intégralité de l'intrados et l'extrados lorsque l'engin vole comme un avion. Les lumières 2A sont localisées dans l'aile en retrait du bord d'attaque et du 10 bord de fuite de l'aile afin de préserver l'intégralité des dits bords et le rendement aérodynamique de l'engin. La figure 1 montre l'engin en vol ascensionnel, les obturateurs 6 sont en position ouverte et le moyen moteur 8 placé à la queue de l'engin développe une poussée dirigée vers le sol.

15 La figure 3 montre que les lumières dans les ailes de l'engin sont fermées par les obturateurs 6, 7 et le moyen moteur va pivoter pour passer à la verticale et déplacer l'engin à l'horizontale. Cette séquence ne présume en rien de la chronologie réelle du mouvement des divers composants de l'engin lors des phases du vol.

20 L'utilisation des bords de l'obturateur inférieur comme train d'atterrissage limite le poids de la structure et permet d'emporter plus d'énergie. Il pourra être prévu un train d'atterrissage complémentaire aux obturateurs inférieurs en position arrière ou avant. Les moyens moteurs sont, de préférence électriques. Avantageusement, l'engin 25 comprend des moyens pour faire fonctionner les moyens moteurs 5A,5B, 8 utilisés lors du déplacement essentiellement vertical en surrégime un court instant en vue de limiter la taille de ceux-ci. En effet, un moteur électrique a une plage de régime qu'il peut conserver longtemps sans craindre une destruction mais il peut accepter pendant une durée plus courte ( par exemple 30 secondes) un surrégime. On profite de cette possibilité pour sous dimensionner les moyens moteurs 5A, 5B, 8 qui servent au déplacement vertical car cela offre un gain de poids, donc de l'autonomie en plus. Après décollage, les voilures tournantes 5A,5B sont arrêtées et le moyen moteur 8 vient à un régime réduit car ce moyen moteur ayant basculé autour de son axe 8A ne nécessite pas autant de force de propulsion ou traction lorsque l'engin est sustenté par les ailes rigides.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Engin 1 volant comportant une structure rigide portant de part et d'autre des ailes 2 fixes, un moyen 5 motorisé pour décoller ou atterrir verticalement et un moyen 4 motorisé pour se déplacer dans un plan horizontal cet engin étant caractérisé en ce que chaque aile 2 présente dans son épaisseur, une lumière traversante 2A dans laquelle est logée une voilure tournante 5A, les dites voilures tournantes tournant en sens opposés l'une par rapport à l'autre mais exerçant une poussée vers le bas chaque lumière étant pourvue d'un moyen 6 d'obturation supérieur et un moyen 7 d'obturation inférieur, les dits moyens 7 inférieurs d'obturation formant un train d'atterrissage.
2. 2. Engin volant selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen 4 motorisé pour déplacer l'engin dans un plan horizontal est une hélice motorisée d'axe de rotation parallèle à l'axe longitudinal de l'engin.
3. 3. Engin volant selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'engin présente en complément des voilures tournantes 5A,5B situées dans l'épaisseur des ailes, un moyen moteur 8 dit additionnel développant une poussée sensiblement vers le bas écarté des voilures tournante 5A,5B pour former un triangle de sustentation, lequel moyen 8 additionnel est orientable autour d'un axe confondu ou parallèle à l'axe longitudinal de l'engin.
4. 4. Engin volant selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen moteur additionnel 8 est articulé à la fois transversalement à l'axe longitudinal de l'engin et parallèle au plan d'appui de l'engin au sol en sorte que par basculement autour de son axe précité, le moyen 8 générant une poussée ascensionnelle devient propulseur 4 horizontal de l'engin en mode avion.
5. 5. Engin volant selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen 8 additionnel est destiné à générer uniquement une poussée ascensionnelle et corriger la stabilisation et un autre moyen moteur 4 est disposé sur l'engin volant pour son déplacement horizontal en mode avion.
6. 6. Engin volant selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bord du moyen 7 d'obturation inférieur porte un patin d'usure.
7. 7. Engin volant selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'engin comprend un moyen surveillant l'arrêt des voilures tournantes pour mettre en position fermée les moyens 6,7 d'obturation.
8. 8. Engin volant selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de manoeuvre des moyens d'obturation déplaçant l'ensemble des moyens d'obturation en même temps.
9. 9. Engin volant selon la revendication 1 caractérisé en ce que, l'engin comprend des moyens pour faire fonctionner les moyens moteurs 5A,5B, 8 utilisés lors du déplacement essentiellement vertical en surrégime un court instant en vue de limiter la taille de ceux-ci.