FR3056193A1 - Dispositif propulsif a portance active a grande compacite - Google Patents

Dispositif propulsif a portance active a grande compacite Download PDF

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Abstract

Un dispositif propulsif à portance active comprend au moins un profil concave (110) définissant un canal ou une gouttière, des première et deuxième ailes (120, 130) s'étendant respectivement de chaque côté du profil concave, un fuselage (140) présent à l'intérieur dudit profil concave, des première et deuxième dérives obliques (161, 162) formant un empennage en V inversé (160) et une première et une deuxième servocommandes (181, 182) reliées respectivement aux première et deuxième dérives. Les première et deuxième servocommandes sont logées à l'intérieur du profil concave (110) ou à l'intérieur des première et deuxième ailes (120, 130).

Description

056 193
58849 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national
COURBEVOIE © Int Cl8 : B 64 C 39/06 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
®) Date de dépôt : 21.09.16. © Demandeur(s) : AIRBUS SAFRAN LAUNCHERS SAS
(© Priorité : — FR.
@ Inventeur(s) : AUTRUSSON NICOLAS, CASTEX
JEAN, LOPEZ PHILIPPE, VANCASSEL GEOFFREY et
(43) Date de mise à la disposition du public de la DRABER NICOLAS.
demande : 23.03.18 Bulletin 18/12.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : AIRBUS SAFRAN LAUNCHERS SAS.
apparentés :
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE.
DISPOSITIF PROPULSIF A PORTANCE ACTIVE A GRANDE COMPACITE.
FR 3 056 193 - A1 _ Un dispositif propulsif à portance active comprend au moins un profil concave (110) définissant un canal ou une gouttière, des première et deuxième ailes (120, 130) s'étendant respectivement de chaque côté du profil concave, un fuselage (140) présent à l'intérieur dudit profil concave, des première et deuxième dérives obliques (161, 162) formant un empennage en V inversé (160) et une première et une deuxième servocommandes (181, 182) reliées respectivement aux première et deuxième dérives. Les première et deuxième servocommandes sont logées à l'intérieur du profil concave (110) ou à l'intérieur des première et deuxième ailes (120, 130).
Figure FR3056193A1_D0001
Figure FR3056193A1_D0002
Figure FR3056193A1_D0003
Figure FR3056193A1_D0004
Arrière-plan de l'invention
La présente invention se rapporte aux dispositifs propulsifs de type à portance active.
Dans un contexte de mobilité accrue, alors que les infrastructures routières sont de plus en plus encombrées dans les grandes agglomérations, la mobilité aérienne intra-urbaine représente une solution intéressante.
Les dispositifs aériens adaptés pour le transport de personnes et/ou de marchandises doivent pouvoir décoller et se poser sur des distances ou surfaces réduites telles que des toits d'immeuble.
Le document FR 1 412 382 décrit un dispositif propulsif du type comportant des ailes en canal ou gouttière (« Custer Channel Wing ») qui permettent d'obtenir des distances de décollage très courtes. Le principe de cette technologie est de doter les ailes d'un profil concave définissant un canal ou une gouttière dans lequel est disposé un moteur à hélice, l'hélice étant conçue pour tourner au voisinage du bord de fuite du canal dans lequel elle est montée. On crée ainsi une portance sur chaque aile non pas par la vitesse de déplacement de celle-ci dans l'air mais par la vitesse de l'air autour de l'aile induite par l'hélice. L'hélice placée dans le canal de l'aile crée un écoulement et, par conséquent, une dépression au-dessus de l'aile qui, bien qu'immobile, subit une portance permettant un décollage sur une courte distance.
Cependant, si le dispositif propulsif décrit dans le document FR 1 412 382 permet de diminuer significativement les distances de décollage, celui-ci reste encore trop encombrant pour pouvoir évoluer dans des environnements urbains où l'espace de circulation est limité.
Objet et description succincte de l'invention
La présente invention a pour but d'apporter une solution pour des dispositifs propulsifs capables de décoller sur de courtes distances et qui présentent un encombrement réduit.
Conformément à la présente invention, ce but est atteint grâce à un dispositif propulsif à portance active comprenant un profil concave définissant un canal ou une gouttière, le profil concave pouvant être seul ou faire partie d'un profil ou aile annulaire complet, des première et deuxième ailes s'étendant respectivement de chaque côté dudit au moins un profil concave, un fuselage présent à l'intérieur dudit profil concave, un ensemble de propulsion à hélice comprenant au moins une hélice placée en aval du fuselage, des première et une deuxième dérives obliques formant un empennage en V inversé et une première et une deuxième servocommandes reliées respectivement aux première et deuxième dérives, les première et deuxième servocommandes étant logées à l'intérieur dudit au moins un profil concave ou à l'intérieur des première et deuxième ailes.
En intégrant ainsi les servocommandes à l'intérieur des ailes ou du profil concave, on améliore à la fois la compacité et l'aérodynamisme du dispositif propulsif.
Selon une première caractéristique du dispositif propulsif de l'invention, le fuselage est maintenu suspendu au centre du profil concave par des bras s'étendant entre le fuselage et les première et deuxième ailes, les bras s'étendant parallèlement au plan des première et deuxième ailes. Le fuselage est ici « suspendu » au milieu du profil concave, ce qui permet d'optimiser encore l'encombrement du dispositif propulsif. En outre, avec un fuselage placé au centre du profil concave, la ou les hélices placées en aval du fuselage ne sont pas, ou très peu gênées, par la présence du fuselage et peuvent ainsi générer une portance optimale au niveau du profil concave. Les bras sont de préférence carénés afin d'avoir un profil aérodynamique.
Selon une deuxième caractéristique du dispositif propulsif de l'invention, l'ensemble propulsif comprend au moins un moteur électrique et une source d'énergie électrique logés à l'intérieur du fuselage. Le fuselage étant au centre du profil concave, on améliore ainsi l'équilibrage du dispositif en plaçant le centre de gravité en amont du centre de portance.
Selon une troisième caractéristique du dispositif propulsif de l'invention, les première et une deuxième dérives obliques formant un empennage en V inversé sont alignées avec ladite au moins une hélice de l'ensemble propulsif de manière à être présentes dans le souffle de l'hélice. On améliore ainsi la pilotabilité du dispositif propulsif.
Selon une quatrième caractéristique du dispositif propulsif de l'invention, une hélice s'étend au voisinage du bord de fuite du profil concave définissant un canal ou une gouttière. Cela permet de maximiser la portance générée par la dépression en amont.
Selon une cinquième caractéristique du dispositif propulsif de l'invention, le dispositif comprend en outre des premier et deuxième trains d'atterrissage rétractables contre ou à l'intérieur du ou des profils concaves définissant un canal ou une gouttière.
Selon une sixième caractéristique du dispositif propulsif de l'invention, les première et deuxième ailes sont fixées respectivement aux premier et deuxième bords supérieurs du profil concave définissant un canal ou une gouttière et dans lequel l'emplanture de chaque aile est carénée de manière continue avec le bord supérieur du profil concave. On optimise ainsi les performances aérodynamiques du dispositif propulsif.
Selon une septième caractéristique du dispositif propulsif de l'invention, les première et deuxième ailes sont fixées sur le profil concave par des liaisons articulées permettant le rabattement desdites ailes vers le profil concave. On améliore ainsi la compacité du dispositif propulsif lors de son stockage. Un actionneur associé à chaque liaison articulée peut être logé à l'intérieur du profil concave ou à l'intérieur de la première ou deuxième aile.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif propulsif de l'invention, ce dernier comprend des première et deuxième hélices contrarotatives placées de manière coaxiale en aval du fuselage. L'utilisation de deux hélices contrarotatives permet de supprimer le couple de renversement du dispositif autour de son axe de roulis et d'améliorer ainsi la stabilité et la pilotabilité du dispositif.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
les figures IA et IB sont des vues très schématiques respectivement en perspective et de côté d'un dispositif propulsif conformément à un mode de réalisation de l'invention, ia figure 2 est une vue en coupe axiale selon le plan P du dispositif propulsif de la figure 1, les figures 3 et 4 sont des vues en coupe axiale selon le plan P du dispositif propulsif de la figure 1 montrant différentes intégrations d'une servocommande, les figures 5 et 6 sont des vues en coupe axiale selon le plan P du dispositif propulsif de la figure 1 montrant différentes intégrations d'une servocommande, la figure 7 est une vue en perspective du dispositif propulsif de la figure 1 montrant l'intérieur du fuselage du dispositif, la figure 8 est une vue en perspective montrant des ailes montées de façon articulée sur un profil concave.
Description détaillée des modes de réalisation de l’invention
Les figures IA, IB et 2 illustrent schématiquement un dispositif propulsif ou aéronef 100 de type à portance active conformément à un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif propulsif 100 comprend un profil concave 110 définissant autour d'un axe central longitudinal Xcno un canal ou une gouttière. Le profil concave 110 comporte en amont un bord d'attaque 111 et en aval un bord de fuite 112. Le profil concave 110 présente un profil cambré c'est-à-dire portant, par exemple de type NACA 2412 ou Clark Y. Selon une variante de réalisation, le profil concave peut faire partie d'un profil ou aile annulaire présentant en coupe transversale une forme circulaire s'étendant autour d'un axe central longitudinal de manière à définir un conduit (non représenté sur les figures IA, IB et 2).
Le dispositif propulsif 100 comprend également des première et deuxième ailes 120 et 130 s'étendant respectivement de chaque côté du profil concave 110, un fuselage 140 présent à l'intérieur du profil concave et un ensemble de propulsion à hélice 150 comprenant au moins une hélice 151 placée en aval du fuselage 140 (figure 2) et des première et une deuxième dérives obliques 161 et 162 formant un empennage en V inversé 160. L'hélice 151 présente un diamètre correspondant sensiblement au diamètre interne du profil concave 110.
Le fuselage 140 est ici maintenu suspendu au centre du profil concave
110 par des premiers bras 171 s'étendant entre le fuselage 140 et la première aile 120 et par des deuxièmes bras 172 s'étendant entre le fuselage et la deuxième aile 130 (figures 1 et 7). Les bras 171 et 172 sont de préférence carénés afin d'avoir un profil aérodynamique. A l'exception de l'hélice 151, l'ensemble de propulsion 150 est logé à l'intérieur du fuselage 140, l'intérieur du fuselage 140 étant accessible via un capot 141 monté de façon amovible sur le fuselage 140. L'ensemble de propulsion 150 comprend ici un moteur rotatif électrique 152 relié à l'hélice 151 qui est montée de manière coaxiale le long de l'axe central longitudinal Xcno, un variateur 153 relié au moteur 152 via une liaison électrique 154, et une source d'énergie 155, par exemple une batterie ou une pile à combustible, destinée à alimenter le variateur 153 et le moteur 152 en énergie électrique (figures 2 et 7).
L'empennage en V inversé 160 est fixé en aval du profil concave 110 par des premier et deuxième longerons de queue tubulaires 163 et 164. La première dérive 161 comprend un volet mobile 1610 tandis que la deuxième dérive 162 comprend également un volet mobile 1620 permettant d'assurer le pilotage en tangage, roulis et lacet du dispositif propulsif. Le volet mobile 1610 est monté de manière articulée sur la première dérive 161. Le volet mobile 1610 est relié à une première servocommande 181 par un premier câble 165 de type corde à piano qui est logé dans le premier longeron de queue tubulaire 163 (figure 3). La première servocommande 181 est apte à déplacer le premier câble 165 dans une double direction Di65 à l'intérieur du premier longeron de queue tubulaire 163 et à réaliser ainsi la commande ou l'actionnement du volet mobile 1610. De même, le volet mobile 1620 est monté de manière articulée sur la deuxième dérive 162. Le volet mobile 1620 est relié à une deuxième servocommande 182 par un deuxième câble 166 de type corde à piano qui est logé dans le deuxième longeron de queue tubulaire 164 (figure 5). La deuxième servocommande 182 est apte à déplacer le deuxième câble 166 dans une double direction Di66 à l'intérieur du deuxième longeron de queue tubulaire 164 et à réaliser ainsi la commande ou l'actionnement du volet mobile 1620.
Conformément à l'invention, les première et deuxième servocommandes 181 et 182 sont intégrées dans la structure du dispositif propulsif 100. Plus précisément, comme illustrées sur les figures 3 et 5, les première et deuxième servocommandes 181 et 182 sont respectivement logées à l'intérieur des ailes 120 et 130 au niveau des emplantures 121 et 131 respectivement des ailes 120 et 130. Selon une variante de réalisation illustrée sur les figures 4 et 6, des première et deuxième servocommandes 181' et 182' sont logées à l'intérieur du profil concave 110 chacune respectivement d'un côté du profil concave de manière à équilibrer les masses dans le dispositif propulsif.
En intégrant ainsi les servocommandes à l'intérieur des ailes ou du profil concave, on améliore à la fois la compacité et l'aérodynamisme du dispositif propulsif 100.
Les emplantures 121 et 131 sont carénées de manière continue avec le bord supérieur du profil concave et assurent ainsi une continuité géométrique entre les bords supérieurs du profil concave 110 et les ailes 120 et 130 afin d'optimiser la performance aérodynamique du dispositif propulsif.
Le dispositif propulsif comprend en outre des premier et deuxième trains d'atterrissage 191 et 192 qui peuvent être, comme illustrés sur la figure IB repliables contre la paroi externe du profil concave 110. Les trains d'atterrissage peuvent également être rétractables à l'intérieur du profil concave afin d'améliorer l'aérodynamisme du dispositif propulsif en vol.
Comme illustrée notamment sur les figures IB et 2, l'hélice 151 s'étend au voisinage du bord de fuite 112 du profil concave 110 définissant un canal ou une gouttière afin de maximiser la portance généré par la dépression en amont. Dans le contexte de la présente description, on entend par « amont » et « aval » les directions respectivement en amont et aval de l’écoulement d'un fluide propulsif au travers de l'hélice 150 indiqué par la flèche F sur la figure IA.
Les première et une deuxième dérives obliques 161 et 162 formant un l'empennage en V inversé 160 sont de préférence alignées avec l'hélice 151 de l'ensemble propulsif 150 suivant une direction parallèle à l'axe central longitudinal Xcno de manière à être présentes dans le souffle de l'hélice et améliorer ainsi la pilotabilité du dispositif propulsif.
Dans l'exemple décrit ci-avant les ailes sont montées sur le profil concave de manière fixe. Néanmoins, les ailes du dispositif propulsif peuvent être montées sur le profil concave de manière articulée afin de permettre leur rabattement et réduire ainsi l'encombrement du dispositif propulsif lors de son stockage. La figure 8 illustre schématiquement un exemple d'un profil concave 210 et des première et deuxième ailes 220 et 230 montées respectivement sur les bords supérieurs dudit profil. Les ailes 220 et 230 sont chacune fixées sur un bord supérieur du profil concave 210 via une liaison articulée 221, 231. Comme illustrées sur la figure 8, les ailes 220 et 230 peuvent être rabattues vers le haut pour le stockage du dispositif propulsif. Le rabattage et le déploiement de la première aile 220 sont commandés par un actionneur ou servocommande 281 logé à l'intérieur de l'aile 220 ou par un actionneur ou servocommande 281' logé à l'intérieur du profil concave 210. De même, le rabattage et le déploiement de la deuxième aile 230 sont commandés par un actionneur ou servocommande 282 logé à l'intérieur de l'aile 230 ou par un actionneur ou servocommande 282' logé à l'intérieur du profil concave 210. Selon une variante de réalisation, les ailes peuvent montées sur le profil concave via une liaison articulée permettant de rabattre les ailes vers le bas ou permettant de rabattre les ailes suivant une cinématique en élytre.
Selon une variante de réalisation, le dispositif propulsif de la présente invention peut être équipé de deux hélices montées de manière coaxiale le long de l'axe central longitudinal du dispositif de propulsion, la première hélice étant placée en amont de la deuxième hélice par rapport au bord de fuite du profil concave (non représentées sur les figures 1 à 7). Dans ce cas, les hélices sont des hélices contrarotatives ou à contra-rotation et le dispositif propulsif comprend deux moteurs chacun relié à une hélice ou un seul moteur relié à une des deux hélice par un système d'inversion de sens de rotation. L'utilisation de deux hélices contrarotatives permet de supprimer le couple de renversement du dispositif propulsif autour de son axe de roulis, ce qui permet d'améliorer la stabilité du dispositif propulsif.
Le pilotage du dispositif propulsif peut être automatique et réalisé de façon connue en soi par un système automatique programmable (non représenté sur les figures) ou semi-automatique, c'est-à-dire avec la possibilité pour le passager de prendre manuellement les commandes de pilotage le cas échéant. Dans ce dernier cas, le fuselage du dispositif propulsif est dimensionné pour recevoir au moins un passager. Un récepteur 156 peut être logé dans le fuselage 140 notamment pour permettre le pilotage à distance du dispositif propulsif (figures 2 et 7).
La ou les hélices utilisées dans le dispositif propulsif selon l'invention peuvent comporter deux pales comme décrit ci-avant ou plus.
Le ou les moteurs utilisés dans l'ensemble de propulsion du dispositif propulsif selon l'invention sont de préférence des moteurs électriques alimentés par des batteries ou des piles à combustible.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif propulsif à portance active (100) comprenant au moins un profil concave (110) définissant un canal ou une gouttière, des première et deuxième ailes (120, 130) s'étendant respectivement de chaque côté dudit au moins un profil concave, un fuselage (140) présent à l'intérieur dudit profil concave, un ensemble de propulsion (150) comprenant au moins une hélice (151) placée en aval du fuselage (140), des première et deuxième dérives obliques (161, 162) formant un empennage en V inversé (160) et une première et une deuxième servocommandes (181, 182) reliées respectivement aux première et deuxième dérives, les première et deuxième servocommandes étant logées à l'intérieur dudit au moins un profil concave (110) ou à l'intérieur des première et deuxième ailes (120, 130).
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le fuselage (140) est maintenu suspendu au centre du profil concave par des bras (171, 172) s'étendant entre le fuselage (140) et les première et deuxième ailes (120, 130), les bras s'étendant parallèlement au plan des première et deuxième ailes.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'ensemble propulsif (150) comprend au moins un moteur électrique (152) et une source d'énergie électrique (155) logés à l'intérieur du fuselage.
  4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les première et une deuxième dérives obliques (161, 162) formant un empennage en V inversé (160) sont alignées avec ladite au moins une hélice (151) de l'ensemble propulsif (150) de manière à être présentes dans le souffle de l'hélice.
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel une hélice (151) s'étend au voisinage du bord de fuite (112) du profil concave (110) définissant un canal ou une gouttière.
  6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre des premier et deuxième trains d'atterrissage (191,
    192) rétractables contre ou à l'intérieur du profil concave définissant un canal ou une gouttière.
  7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans
    5 lequel les première et deuxième ailes (120, 130) sont fixées respectivement aux premier et deuxième bords supérieurs du profil concave (110) définissant un canal ou une gouttière et dans lequel l'emplanture (121 ; 131) de chaque aile (120 ; 130) est carénée de manière continue avec le bord supérieur du profil concave (110).
  8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les première et deuxième ailes (220, 230) sont fixées sur le profil concave (210) par des liaisons articulées (221, 231) permettant le rabattement desdites ailes vers le profil concave.
  9. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel un actionneur est associé à chaque liaison articulé, l'actionneur étant logé à l'intérieur du profil concave ou à l'intérieur de la première ou deuxième aile.
    20
  10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant des première et deuxième hélices contra rotatives placées de manière coaxiale en aval du fuselage.
    3/6
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