FR3064978A1 - Vehicule a voilure hybride contrarotative, tournante, fixe et reconfigurable en vol - Google Patents

Vehicule a voilure hybride contrarotative, tournante, fixe et reconfigurable en vol Download PDF

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Abstract

L'invention est un concept de drone à voilure hybride, composé à la fois d'actionneurs rotatifs (hélices) pivotants et d'ailes déployables. L'invention reprend une partie du brevet US14/626,357 qui couvre la possibilité d'utiliser un même moteur pour assurer la sustentation et la propulsion d'un véhicule. L'invention va cependant au-delà du périmètre de ce brevet, en n'utilisant que des actionneurs rotatifs montés sur pivots dans la configuration du véhicule pour l'ensemble de ses asservissements de vol, ainsi qu'en adjoignant des ailes déployables à l'ensemble et un système de repose au sol rétractable. L'invention est de fait optimisée par ces modifications par rapport aux drones existants, notamment en améliorant fortement la dynamique de vol et les capacités opérationnelles, en particulier de déploiement rapide.

Description

Description [008] L'implémentation définie ici ne doit pas limiter les revendications à cette seule implémentation. Les revendications recouvrent toutes les variantes de cette implémentation ayant en commun la rotation de l'ensemble de sa voilure tournante utile et de sa voilure fixe à des fins d'asservissement de vol, ou disposant d'une architecture propulsion / structure / ailes / chaîne de contrôle commande similaire à celle définie dans ce brevet.
[009] La description détaillée s'appuie sur les schémas d'accompagnement joints. Dans ces schémas, les premiers chiffrent précisent la figure dans laquelle la référence à un équipement ou une partie de l'invention est indiquée pour la première fois. L'utilisation répétée d'une référence entre plusieurs figures indique une référence à un équipement similaire ou identique.
[0010] FIG. 1 présente un schéma d'implémentation des équipements du drone dans une vue de dessus, avec une configuration repliée pour le vol statique.
[0011] FIG. 2 présente un schéma d'implémentation des équipements du drone dans une vue de dessus, avec une configuration déployée pour le vol dynamique.
[0012] FIG. 3 présente un schéma d'implémentation des équipements du drone dans une vue de face et de côté, avec une configuration repliée pour le vol statique.
[0013] FIG. 4 présente un schéma d'implémentation des équipements du drone dans une vue de face et de côté, avec une configuration déployée pour le vol dynamique.
[0014] FIG. 5 présente un schéma d'implémentation des équipements électroniques de contrôle commande du drone dans une vue de dessus, avec une configuration repliée. [0015] FIG. 6 présente le principe de contrôle du drone en vol statique.
[0016] FIG. 7 présente le principe de contrôle du drone en vol dynamique.
[0017] FIG. 8 présente le principe de basculement du drone d'un mode de vol statique à un mode de vol dynamique.
[0018] FIG. 9 précise le repère associé au drone [0019] FIG. 9 présente l'algorithme d'asservissement de l'assiette du drone en mode de vol statique.
[0020] Le drone est composé de plusieurs sous-ensembles assurant ses différentes fonctions. Dans la FIG1, les sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1] et droit [110-2] sont composés de : une hélice à gauche [112-1] entraînée par un moteur [111-1], une hélice à rotation inverse à droite [112-2] par rapport au sens de rotation de l'hélice gauche [112-1], entraînée elle aussi par un moteur [111-2].
[0021] Chacun des sous-ensembles propulsion avant est mis en rotation indépendamment l'un de l'autre, autour d'un axe parralèle à l'axe transversal du drone tel que définit en FIG9, axe mis en rotation par un actionneur [121-1] à gauche relié par un arbre de transmission [123-1] au sous-ensemble propulsion avant gauche [110-1], et en rotation par un actionneur [121-2] à droite relié par un arbre de transmission [123-2] au sous-ensemble propulsion avant droit [110-2].
[0022] Lors des phases de décollage ou de vol statique autour d'un point fixe, les sousensembles de propulsion avant du drone [110-1] et [110-2] sont dans la position définie en LIG1, leur poussée est alors globalement verticale et assurée vers la partie inférieure du drone.
[0023] Lors des phases de vol dynamique, lorsque le drone atteint sa vitesse d'avance maximale, les sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1] et droite [110-2] sont basculés autour de l'axe de l'arbre de transmission [123-1] à gauche et autour de l'axe de l'arbre de transmission [123-2] à droite afin d'orienter la poussée du drone vers l'arrière, et d'assurer ainsi un mouvement d'avance du drone.
[0024] En vol dynamique, dans la configuration ou les sous-ensembles propulsion avant [110-1] et [110-2] sont basculée vers l'arrière, l'asservissement d'assiette, ie la tenue d'une assiette horizontale du drone ou son pivot volontaire pour assurer une rotation du véhicule, est assuré par un contrôle indépendant de l'angle de chacun des sous-ensembles [110-1] et [110-2] depuis les actionneurs associés [121-1] et [121-2] [0025] De manière similaire, en configuration verticale de la poussée des sousensembles propulsion avant [110-1] et [110-2], l'avance du drone dans son axe longitudinal X tel que défini dans la LIG9 s'effectue par des rotations de faible amplitude des sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1] et droit [110-2] autour des arbres de transmission [123-1] à gauche et [123-2] à droite, mis en rotation par les actionneurs [121-1] à gauche et [121-2] à droite.
[0026] Dans la LIG1, le sous-ensemble propulsion arrière [110-3] est composé de : deux moteurs [111-3] et [111-4], associés chacun à une hélice. Les deux hélices, telles que définies en LIG2, sont l'hélice supérieure [112-3] associée au moteur [111-3] et l'hélice inférieure [112-4] associée au moteur [111-4]. Chaque hélice est reliée à son moteur par un arbre de transmission, l'arbre de transmission [123-3] reliant l'hélice supérieure [112-3] au moteur [111-3], et l'arbre de transmission [123-4] reliant l'hélice inférieure [112-4] au moteur [111-4].
[0027] Le montage des arbres de transmission du sous-ensemble propulsion arrière [110-3] est effectué de manière coaxiale, l'arbre de transmission [123-4] étant en rotation autour de l'arbre de transmission [123-3], les deux rotations ayant le même axe mais deux sens de rotation opposés. Le couple exercé par chacune des hélices [112-3] et [112-4] est ainsi compensé par l'autre hélice, permettant d'induire un couple nul sur le véhicule en vol. Une désynchronisation volontaire des deux vitesses de rotation est cependant utilisée pour assurer une rotation contrôlée du drone autour de l'axe verticale dans la configuration de la LIG 1.
[0028] Le sous-ensemble propulsion arrière est également mis en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe transversale du drone, définit en LIG9, par l'intermédiaire de deux actionneurs rotatifs [121-3] et [121-4].
[0029] Lors des phases de décollage ou de vol statique autour d'un point fixe, le sousensemble de propulsion arrière du drone [110-3] est dans la position définie en LIG1, la poussée exercée par ses deux hélices est alors globalement verticale et assurée vers la partie intérieure du drone.
[0030] Lors des phases de vol dynamique, lorsque le drone atteint sa vitesse d'avance maximale, le sous-ensemble propulsion arrière [110-3] est basculé autour d'un axe parallèle à l'axe transversale du drone par l'action des deux actionneurs rotatils [121-3] et [121-4], et ce afin d'orienter la poussée du drone vers l'arrière, et d'assurer ainsi un mouvement d'avance du drone. Selon la vitesse à atteindre par le drone, et la portance assurée par ailleurs par la voilure fixe, le sous-ensemble propulsion arrière [110-3] peut être incliné vers le bas pour compenser le manque de portance à basse vitesse de la voilure fixe.
[0031] Le drone dispose, en complément de sa voilure tournante composée des sousensembles propulsion avant gauche [110-1], avant droit [110-2] et arrière [110-3], d'une voilure fixe qui peut elle aussi être mise en rotation par des actionneurs rotatils pour taire varier l'envergure et la portance du drone.
[0032] La voilure fixe déployable est constituée de deux ailes définies dans les FIG1 et FIG2, aile gauche [125-1] et aile droite [125-2], mises en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe vertical du drone par l'intermédiaire de deux actionneurs rotatils, l'actionneur rotatil [122-1] pour l'aile gauche [125-1], et l'actionneur rotatil [122-2] pour l'aile droite [125-2].
[0033] La voilure fixe non déployable est constituée de : deux ailettes avant, l'ailette avant gauche [102-1] assurant la tenue mécanique du sous-ensemble propulsion avant gauche [110-1] au corps principal du drone [101], et l'ailette avant droite [102-2] assurant la tenue mécanique du sous-ensemble propulsion avant droit [110-2] au corps principal du drone [101]. Les deux ailettes avant gauche [102-1] et droite [102-2] sont rigides par rapport au corps principal du drone [101].
[0034] La voilure fixe non déployable est également constituée de : deux ailettes arrières, l'ailette arrière gauche [102-3] assurant la tenue mécanique de l'aile gauche [1251] au corps principal du drone [101] à travers la rotation de l'actionneur [122-1], et l'ailette arrière droite [102-4] assurant la tenue mécanique d'aile droite [125-2] au corps principal du drone [101] à travers la rotation de l'actionneur [122-2]. Les deux ailettes arrières gauche [102-3] et droite [102-4] sont rigides par rapport au corps principal du drone [101].
[0035] Lors des phases de repose au sol du drone, le maintien du véhicule est assuré par un ensemble de supports déployables permettant de garder le corps principal du drone [101] suffisamment haut pour que les hélices avant [112-1] et [112-2] ainsi que les hélices arrière [112-3] et [112-4] ne soient pas en contact avec le sol.
[0036] Le support avant [341-3] définit en FIG3 est en rotation par rapport au corps principal du drone [101]. La rotation est assurée au travers d'une bielle [342-3] elle-même mise en rotation par un actionneur rotatil [344-3]. La liaison entre le support avant [3413] et la bielle avant [342-3] est assurée par une pièce [343-3] en liaison glissière le long du support avant [341-3], et en rotation à l'extrémité de la bielle avant [342-3].
[0037] Le support arrière gauche [341-1] définit en LIG3 est en rotation par rapport à l'ailette arrière gauche [102-3]. La rotation est assurée au travers d'une bielle [342-1] ellemême mise en rotation par un actionneur rotatif [344-1]. La liaison entre le support arrière gauche [341-1] et la bielle gauche [342-1] est assurée par une pièce [343-1] en liaison glissière le long du support arrière gauche [341-1], et en rotation à l'extrémité de la bielle gauche [342-1].
[0038] Le support arrière droit [341-2] définit en LIG3 est en rotation par rapport à l'ailette arrière droite [102-4]. La rotation est assurée au travers d'une bielle [342-2] ellemême mise en rotation par un actionneur rotatif [344-2]. La liaison entre le support arrière droit [341-2] et la bielle droite [342-2] est assurée par une pièce [343-2] en liaison glissière le long du support arrière droit [341-2], et en rotation à l'extrémité de la bielle droite [342-2].
[0039] Lors des phases de vol dynamique, lorsque les sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1], avant droit [110-2] et arrière [110-3] sont basculés vers l'arrière pour assurer une poussée vers l'arrière du drone, les supports déployables avant [341-3], arrière gauche [341-1] et arrière droit [341-2] sont repliés sous le drone afin de limiter la prise au vent de ces supports.
[0040] Le support avant [341-3] dans sa configuration de la LIG4 est replié sous le corps principal [101]. La rotation de l'actionneur rotatif [344-3] entraîne une rotation de la bielle avant [342-3], dont le mouvement entraîne le glissement linéaire de la pièce [343-3] vers le bas du support avant [341-3]. Le support avant [341-3] étant en rotation libre par rapport au corps principal du drone [101], il est naturellement basculé vers l'arrière et replié sous le corps principal [101] du drone.
[0041] Le support arrière gauche [341-1] dans sa configuration de la LIG4 est replié sous l'ailette arrière gauche [102-3]. La rotation de l'actionneur rotatif [344-1] entraîne une rotation de la bielle gauche [342-1], dont le mouvement entraîne le glissement linéaire de la pièce [343-1] vers le bas du support gauche [341-1]. Le support gauche [341-1] étant en rotation libre par rapport à l'ailette arrière gauche [102-3], il est naturellement basculé vers la droite et replié sous l'ailette arrière gauche [102-3].
[0042] Le support arrière droit [341-2] dans sa configuration de la LIG4 est replié sous l'ailette arrière droite [102-4]. La rotation de l'actionneur rotatif [344-2] entraîne une rotation de la bielle droite [342-2], dont le mouvement entraîne le glissement linéaire de la pièce [343-2] vers le bas du support droit [341-2]. Le support droit [341-2] étant en rotation libre par rapport à l'ailette arrière droite [102-4], il est naturellement basculé vers la gauche et replié sous l'ailette arrière droite [102-4].
[0043] La manœuvre des supports arrière gauche [341-1] et droit [341-2] ne peut être effectuée qu'après bascule vers l'arrière du sous-ensemble propulsion arrière [110-3] [0044] L'utilisation de bielles pour assurer la rotation des supports avant [341-3] et arrière gauche [341-1] et droit [341-2] permet d'avoir un mouvement de rotation sur ces supports qui n'est pas réversible. Ainsi, lorsque l'effort sur les supports est maximum drone reposant sur le sol -, les bielles bloquent les supports dans leur position déployée et assurent la rigidité de l'ensemble. A l'inverse, une fois en vol, lorsque l'effort sur les supports est minimum, des actionneurs rotatifs [344-3], [344-1] et [344-2] de très faible puissance suffisent à mettre en rotation les bielles et ainsi à replier le système.
[0045] Une caméra [532] tel que défini dans FIG5 est installée à l'avant du corps principal. Cette caméra [532] est mise en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe Y transversale du drone selon FIG9 et utilisée pour le pilotage lors des mouvements d'ascension / descente verticale ou d'avance longitudinale du drone.
[0046] Un ensemble de capteurs de distance est déployé sur l'ensemble de la structure du drone : sur les ailettes avant gauche [102-1] et avant droite [102-2] sont installées deux capteurs, [533-1] sur [102-1] et [533-2] sur [102-2], orientés vers l'avance longitudinale du drone sur l'axe X tel que définit en FIG9; sur les ailettes arrières gauche [102-3] et [102-4] sont installées deux capteurs, [533-3] sur [102-3] et [533-4] sur [102-4], orientés selon l'axe longitudinale du drone tel que définit en FIG9, mais en direction de l'arrière du drone.
[0047] Les mesures de distance assurées par les capteurs [533-1] et [533-2] sur les ailettes avant gauche [102-1] et droite [102-2] sont légèrement décalées de part et d'autre de l'axe X longitudinal d'avance du drone. Les deux mesures de distance obtenues sont donc décalées angulairement par rapport à l'axe X, et permettent la mesure d'un angle entre une surface définie en avant du drone, sur un plan vertical selon l'axe Z définit dans la FIG9, et l'orientation du drone selon l'axe Z définit dans la FIG9.
[0048] La connaissance de cet angle grâce aux mesures des capteurs [533-1] et [533-2] permet d'assurer les fonctions d'évitement d'obstacle.
[0049] Les mesures de distance assurées par les capteurs [533-3] et [533-4] sur les ailettes arrière gauche [102-3] et droite [102-4] sont légèrement décalées de part et d'autre de l'axe X longitudinal d'avance du drone. Les deux mesures de distance obtenues sont donc décalées angulairement par rapport à l'axe X, et permettent la mesure d'un angle entre une surface définie en arrière du drone, sur un plan vertical selon l'axe Z définit dans la FIG9, et l'orientation du drone selon l'axe Z définit dans la FIG9.
[0050] La mesure de ces deux surfaces en avant et en arrière du drone est mémorisée par ce dernier et projetée sur l'avance ou la rotation du drone dans sa configuration définit en FIG1. Le drone assure ainsi une modélisation en 3 dimensions de son environnement tel que scanné par ses capteurs [533-1], [533-2], [533-3], [533-4]. La fonction est définit par la suite en tant que {Void Area}.
[0051] De même, trois capteurs sont installés sur : l'avant du corps principal [101], le capteur [534-1] est orienté selon l'axe Z vertical définit dans FIG9, vers le bas du drone afin de mesurer sa distance au sol; l'ailette arrière gauche [102-3], le capteur [534-2] est orienté selon l'axe Z vertical définit dans FIG9, vers le bas du drone afin de mesurer sa distance au sol; l'ailette arrière droite [102-4], le capteur [534-3] est orienté selon l'axe Z vertical définit dans FIG9, vers le bas du drone afin de mesurer sa distance au sol.
[0052] L'utilisation conjointe de ces trois mesures de distance données par les capteurs [534-1], [534-2] et [534-3] permet la définition d'un angle antre l'assiette courante du drone et la surface du sol. La connaissance de cet angle, et la capacité de piloter l'assiette du drone avec précision dans la configuration FIG1 grâce aux trois sous-ensembles de propulsion avant gauche [110-1], avant droit [110-2] et arrière [110-3], permettent d'asservir cette même assiette pour assurer un atterrissage à plat.
[0053] Le drone dispose d'une capacité de vol autonome, assurée par un ensemble d'asservissements tel que définis en partie dans la LIG10.
[0054] Dans la configuration de vol définie en LIG1, un asservissement d'assiette est assuré par la méthode Linéaire Quadratique Gaussienne (LQG), dont l'algorithme est présenté en LIG 10, et sur la base de données inertielles fournies par une centrale inertielle [531] en LIG5. Les consignes des moteurs [111-1], [111-2], [111-3] et [111-4], ainsi que celles des actionneurs rotatifs [121-1], [121-2] et [121-3] sont issues de cet asservissement LQG en LIG10. Les calculs sont réalisés par une unité de calcul embarquée [530] définie en LIG5.
[0055] L'asservissement LQG d'assiette définit en LIG10 est composé de trois étages : un étage modèle, qui représente le comportement physique du drone, et dont une partie des données est accessible via la centrale inertielle [531], un étage d'observateur d'état permettant l'estimation des données manquantes du modèle car non accessibles par la centrale inertielle [531], et un étage de correcteur avec intégrateur assurant la double fonction de corriger le comportement du modèle vis à vis d'une consigne d'assiette en calculant les consignes moteur idoines, et de rendre éditable cette consigne d'assiette sous la forme d'une consigne angulaire.
[0056] Le contrôle de l'assiette du drone est assuré par le contrôle des deux angles alpha, rotation autour de l'axe X longitudinal d'avance du drone, définit dans la LIG9, et beta, rotation autour de l'axe Y transverse du drone définit dans la LIG9. Le contrôle de l'angle alpha est assuré par le contrôle du différentiel de poussée entre les deux sousensemble propulsion avant gauche [110-1] et droite [110-2], comme indiqué dans la figure [601] en LIG6. Le contrôle de l'angle beta est assuré par le contrôle du différentiel de poussée entre les trois sous-ensemble propulsion : avant gauche [110-1] et droite [1102] considérés en moyenne des deux sous-ensembles propulsion, et le sous-ensemble propulsion arrière [110-3] considéré en moyenne des deux hélices supérieures [112-3] et inférieures [112-4], comme indiqué dans la figure [602].
[0057] L'avance du drone dans la configuration de la LIG1 est assurée par une rotation de faible amplitude des sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1] et avant droit [110-2] autour d'un axe parallèle à l'axe Y transversal définit en LIG9, vers l'avant ou l'arrière de l'axe X longitudinale du drone, comme indiqué dans la figure [603]. Cette rotation entraîne l'apparition d'une composante sur l'axe X longitudinal de la poussée verticale selon l'axe Z, assurée par les deux sous-ensemble propulsion [110-1] et [110-2]. Un simple PID permet alors de piloter l'avance du drone, tandis que l'asservissement d'assiette corrigera automatiquement la poussée des sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1] et droit [110-2] pour maintenir la consigne d'assiette.
[0058] La rotation du drone dans la configuration de la LIG1 est assurée par un différentiel de la consigne de chacun des moteurs [111-3] et [111-4] du sous-ensemble propulsion arrière [110-3]. Chaque hélice [112-3] et [112-4] engendre un couple autour de l'axe Z vertical du drone, compensé chacun par le couple engendré par l'autre hélice.
En créant volontairement un couple dominant par rapport à l'autre, un différentiel de couple sur l'axe Z vertical apparaît, qui entraîne une rotation du drone autour de l'axe Z vertical, dans un sens ou l'autre selon le couple dominant, conformément à la figure [604] de FIG6. Un simple PID permet alors de piloter la rotation du drone autour de cet axe Z vertical, tandis que l'asservissement d'assiette corrigera automatiquement la poussée des hélices supérieures [112-2] et inférieures [112-3] du sous-ensemble propulsion arrière [110-3] pour maintenir la consigne d'assiette.
[0059] Lorsqu'il est en configuration de vol dynamique, configuration déployée présentée en FIG2, le drone est également asservit par le biais d'une commande LQG, non linéaire cette fois, similaire à celle définie en FIG 10.
[0060] Le maintien de la consigne d'assiette selon l'angle Alpha, rotation autour de l'axe X longitudinal du drone dans la configuration de la FIG2 est assurée par un différentiel de consigne angulaire des deux sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1] et droit [110-2]. En vol, l'ajout d'un angle sur la consigne de l'actionneur rotatif [121-1] et d'un angle complémentaire sur la consigne de l'actionneur rotatif [121-2] provoque l'apparition de deux composantes de la poussée des deux hélices [112-1] et [112-2], de norme équivalente mais de sens contraires sur l'axe Z vertical, qui engendre l'apparition d'un couple sur l'axe X longitudinal du drone et donc la rotation de celui-ci comme indiqué dans les figures [701] et [702] de FIG7 .
[0061] Le maintien de la consigne d'assiette selon l'angle Beta, appelée aussi incidence en aéronautique, rotation autour de l'axe Y transversal du drone dans la configuration de la FIG2, est assurée par une consigne angulaire identique des deux sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1] et droit [110-2]. En vol, la rotation synchrone des deux sous-ensembles propulsion avant [110-1] et [110-2] provoque l'apparition d'une composante verticale de la poussée de chacune des deux hélices [112-1] et [112-2], et par ce biais la rotation du drone autour de son axe Y transversal comme indiqué dans la figure [703] de FIG7 .
[0062] En complément de ces rotations autour des axes X longitudinal et Y transversal, la rotation du drone autour de son axe Z vertical est assuré par une combinaison des deux autres rotations selon les axes X longitudinal et Y transversal. Le combinaison d'une rotation autour de l'axe X longitudinal puis d'une rotation autour de l'axe Y transversal permet la réalisation d'une figure de type virage sur l'aile bien connue par ailleurs en aéronautique. Il n'est pas possible de tourner autrement autour de l'axe Z vertical en l'absence d'empennage arrière, cependant la dynamique des actionneurs rotatifs [121-1] et [121-2] permet des virages très rapides.
[0063] Les ailes [125-1] et [125-2] disposent de deux configurations selon la vitesse du drone : Ailes repliées vers l'arrière en configuration Delta [704] en FIG7 lorsque la vitesse est importante, pour limiter la traînée, et Ailes perpendiculaires à l'axe X longitudinal en configuration Droite [705] lorsque la vitesse est plus basse, pour augmenter la portance.
[0064] Contrairement au principe de vol définit dans le brevet US 14/626,357, le drone définit ici ne dispose pas à demeure d'une poussée verticale constante, les propulseurs assurant son support en configuration FIG1 sont les mêmes que ceux assurant sa poussée horizontale en configuration FIG2 ainsi que l'ensemble de ses asservissements de vol. Il est donc nécessaire de disposer d'une procédure particulière pour basculer d'un mode de vol à l'autre.
[0065] La LIG8 définie la procédure à suivre pour basculer de la configuration de vol statique LIG1 vers la configuration de vol dynamique LIG2. Elle est décomposée en plusieurs phases : [801] dans sa configuration de départ, les ailes [125-1] et [125-2] sont repliées, les sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1], droit [110-2] et arrière [110-3] sont orientés verticalement, de manière identique à la configuration présentée en FIG1.
[0066] [802] pour permettre le basculement des actionneurs, les ailes [125-1] et [125-2] sont déployées, et les sous-ensembles propulsion avant gauche [110-1] et droit [110-2] sont orientés légèrement vers l'arrière afin de créer une composante de la poussée sur l'axe X longitudinal du drone. Cette poussée permet, en complément d'une consigne spécifique sur l'angle Beta de nature à augmenter l'incidence des ailes, d'augmenter très rapidement leur portance.
[0067] [803] dès qu'une vitesse limite est franchie, la rotation du sous-ensemble propulsion arrière [110-3] est assurée par les deux actionneurs rotatifs [121-3] et [121-4]. Le sous-ensemble propulsion arrière [110-3] est maintenue dans un premier temps à un angle de 45° autour d'un axe parallèle à l'axe Y transversal du drone afin d'augmenter encore la vitesse du drone, grâce à la composante horizontale sur l'axe X longitudinal créée par cette rotation. La perte de poussée verticale sur l'axe Z vertical est compensée par la portance croissante des ailes.
[0068] [804] dès que le sous-ensemble propulsion arrière atteint sa position à 45°, l'asservissement d'assiette bascule sur l'asservissement en vol dynamique. Les sousensembles propulsion avant gauche [110-1] et droite [110-2] vont dès lors compenser les modifications de l'incidence du drone par la rotation des actionneurs rotatifs [121-1] et [121-2] afin de maintenir l'incidence de consigne. Lorqu'une vitesse limite est franchie, la portance est suffisante pour terminer le basculement à l'horizontal du sous-ensemble propulsion arrière [110-3], l'incidence étant toujours compensée par les sous-ensembles propulsion avant [110-1] et [110-2].
[0069] [805] La consigne d'incidence est alors remise à sa valeur de vol dynamique, tel que définit dans la configuration en FIG2. La consigne des actionneurs rotatifs [121-1] et [121-2] converge alors naturellement vers leurs valeurs en asservissement de vol dynamique, le drone est à plat en vol dynamique [806].
[0070] Le retour du drone en configuration de vol statique, dans la configuration définie en FIG1, est similaire au basculement du vol statique vers le vol dynamique, l'incidence du drone étant utilisée pour augmenter la portance des ailes [125-1] et [122-2] dans les phases de basculement du sous-ensemble propulsion arrière. Le ralentissement du drone est assuré par les sous-ensembles propulsion avant [110-1] et [110-2], qui, une fois repassés en asservissement de vol statique, vont naturellement basculer vers l'avant afin d'engendrer une poussée horizontale sur l'axe X longitudinal de nature à contrer l'avance du drone selon l'axe X longitudinal et à le ralentir.
[0071] La position absolue du drone est obtenue par un récepteur GPS [535], dont la mesure est hybridée avec l'asservissement LQG présenté en FIG10.
[0072] La communication du drone avec son opérateur, lorsqu’il est en mode téléopéré ou simplement pour les retours d'images ou de données, est assurée par une radio de type WiLi embarquée [536] [0073] Afin d'optimiser le poids de la structure tout en maintenant sa robustesse et sa rigidité, les éléments de la structure sont assemblés sous la forme de tubes rigides, en aluminium ou en carbone, mais non limitées à ces matières, enfichés dans des pièces d'interface en plastique ou en titane, mais non limitées à ces matières, qui assurent la rigidité de l'ensemble.
[0074] En particulier, le corps principal [101] est constitué d'un ensemble de tubes parallèles et liés ensemble par plusieurs pièces transverses, sur le modèle des couples de la coque des navires en bois.
[0075] En particulier, les ailettes avant [102-1] et [102-2] ainsi que les ailettes arrière [102-3] et [102-4] sont constituées de tubes reliés entre eux et avec le corps principal [101] pour donner la forme générale de ces ailettes.
[0076] En particulier, les sous-ensemble propulsion avant [110-1] et [110-2] sont constitués de tubes reliés entre eux par des pièces en plastiques transverses au corps de sous-ensemble, sur lesquels sont ensuite fixés les moteurs [111-1] et [111-2] ainsi que les hélices [112-1] et [112-2],

Claims (9)

  1. Revendications
    1. Un véhicule, composé de :
    - Un corps principal, composé d'une structure assemblée sous la forme de tubes enfichés dans des pièces mécaniques,
    - Plusieurs sous-ensemble propulsifs composés chacun d'un moteur, d'une hélice acouplée, le tout monté dans une cage mise en rotation par rapport au corps principal
    - D'un ou plusieurs sous ensemble(s) propulsif(s) composé(s) de deux moteurs, de deux hélices acouplées et montées en contrarotatif, le tout monté dans une cage mise en rotation par rapport au corps principal,
    - D'une paire d'aile pouvant être déployée par tout dispositif propre à les mettre en rotation horizontale par rapport au corps principal du drone.
  2. 2. Dispositif selon la première renvendication caractérisé en ce qu'il assure la tenue en vol du véhicule ainsi que l'ensemble de ses déplacements par futilisation des rotations de ses sous-ensembles propulsifs, assurant la génération de composante verticales ou horizontales, axiales ou couples, de leur poussée principale horizontale ou verticale, afin de permettre une avance ou une rotation longitudinale du véhicule.
  3. 3. Dispositif selon la première renvendication caractérisé en ce qu'il associe deux hélices à un même sous-ensemble plopulsif, assemblées de manière contra-rotative, propre à engendrer un couple et ainsi une rotation du véhicule autour de son axe vertical.
  4. 4. Dispositif selon la première renvendication caractérisé en ce qu'il utilise la capacité de déploiement des ailes pour optimiser leur portance, leur traînée ou leur envergure lors des différentes phases de vol du drone.
  5. 5. Procédé selon la première revendication caractérisé en ce qu’il assure le montage de la structure du véhicule par un ensemble de tubes en carbone ou en aluminium, assemblée par l’insertion desdits tubes dans des pièces mécaniques en plastiques, permettant de produire la forme général de la structure de l’aéronef.
  6. 6. Dispositif selon la première revendication caractérisé en ce qu’il assure la repose de du véhicule au sol par l’intermédiaire de supports en carbone ou en aluminium, tenus verticalement et mis en rotation par un ensemble de pièces mécaniques, bielles et actionneur rotatifs assurant la rotation desdits supports autour d’axes dans le plan horizontal, et ce afin de les positionner tour à tour verticalement ou horizontalement sous le véhicule.
  7. 7. Dispositif selon la première revendication caractérisé en ce qu’il assure le maintien du véhicule en sustentation stable par l’action directe sur ses propulseurs précédemment cités, en se basant sur un capteur d’attitude embarqué et en réalisant un asservissement des propulseurs par une commande quadratique linéaire LQG, avec intégration des consignes et observateur de kalman, ou tout autre type de commande assimilable à une commande par retour d'état, supportée par un dispositif électronique embarqué.
  8. 8. Procédé selon la première revendication caractérisé en ce qu’il permet la constitution et le maintien d'une représentation 3D de l'environnement du véhicule par la mesure des distances aux obstacles directement en avant et en arrière du drone, et la projection géométrique de ces mesures pour tenir compte du déplacement du véhicule dans l'espace.
  9. 9. Tout véhicule aérien, terrestre, spatial ou naval, avec ou sans pilote, utilisant une configuration relevant de tout ou partie des revendications définies en 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou
    5 8 ci-dessus.
    DESSINS i
    121-1 / \ 121PN
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020202143A1 (fr) * 2019-04-03 2020-10-08 Colugo Systems Ltd Multirotor asymétrique
WO2022053984A1 (fr) * 2020-09-11 2022-03-17 Wind Craft Aviation Inc. Aéronef à voilure tournante à décollage et atterrissage verticaux

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1114772A1 (fr) * 1999-12-29 2001-07-11 Gkn Westland Helicopters Limited Aéronef VTOL avec des ailes à flèche variable
FR2864030A1 (fr) * 2003-12-23 2005-06-24 Eurocopter France Aeronef convertible pourvu de deux "tilt fan" de part et d'autre du fuselage et d'un troisieme "tilt fan" agence sur la queue de l'aeronef
US20120091257A1 (en) * 2009-05-27 2012-04-19 Israel Aerospace Industries Ltd. Air vehicle
US20160009387A1 (en) * 2014-04-18 2016-01-14 Propulsive Wing, LLC Hybrid Axial/Cross-Flow Fan Multi-Rotor Aerial Vehicle
EP3067273A1 (fr) * 2015-03-13 2016-09-14 Eznov Drone à voilure tournante de type tricopter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1114772A1 (fr) * 1999-12-29 2001-07-11 Gkn Westland Helicopters Limited Aéronef VTOL avec des ailes à flèche variable
FR2864030A1 (fr) * 2003-12-23 2005-06-24 Eurocopter France Aeronef convertible pourvu de deux "tilt fan" de part et d'autre du fuselage et d'un troisieme "tilt fan" agence sur la queue de l'aeronef
US20120091257A1 (en) * 2009-05-27 2012-04-19 Israel Aerospace Industries Ltd. Air vehicle
US20160009387A1 (en) * 2014-04-18 2016-01-14 Propulsive Wing, LLC Hybrid Axial/Cross-Flow Fan Multi-Rotor Aerial Vehicle
EP3067273A1 (fr) * 2015-03-13 2016-09-14 Eznov Drone à voilure tournante de type tricopter

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020202143A1 (fr) * 2019-04-03 2020-10-08 Colugo Systems Ltd Multirotor asymétrique
EP3947142A4 (fr) * 2019-04-03 2022-12-21 Colugo Systems Ltd Multirotor asymétrique
WO2022053984A1 (fr) * 2020-09-11 2022-03-17 Wind Craft Aviation Inc. Aéronef à voilure tournante à décollage et atterrissage verticaux

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