FR3074779A1 - Aeronef - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un aéronef (16) comprenant au moins un élément de voilure (20, 22) portant fixement une pluralité de moteurs (26) à propulsion individuelle et une structure délimitant une cabine (18) de passagers qui est articulée en rotation autour d'un axe (Y) de tangage dudit aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de pilotage de la rotation de la cabine autour de l'axe (Y) de tangage de l'aéronef (16) en fonction de la gravité apparente à l'intérieur de la cabine (18).

Description

AERONEF

DOMAINE [001] La présente invention concerne un aéronef, plus particulièrement un aéronef à propulsion distribuée.

CONTEXTE [002] Le transport aérien représente actuellement l’un des moyens de transport les plus sûrs. Un récent rapport relatif à la mobilité aérienne à la demande indique l’existence d’un besoin aux Etats-Unis et en Europe pour des trajets inter-urbain ou intra-urbain. Cette conclusion est la conséquence de l’évolution des comportements individuels et d’une saturation importante et fréquente des moyens de transports terrestres dans les grandes villes et les aires économiques délimitées autour de ses mêmes villes.

[003] En pratique, cette mobilité ne peut être réalisée qu’avec des aéronefs capables :

- d’atterrir et de décoller sur de courtes distances pour faciliter leur implantation dans des zones géographiques fortement peuplées ;

- d’avoir une faible consommation d’énergie en phase de croisière pour autoriser une endurance suffisante ;

- d'avoir un niveau de bruit qui ne fasse pas émerger de façon significative leur signature acoustique du bruit ambiant, et

- d’être pilotable sinon de manière automatisée, au moins de manière quasi-automatique, ce qui n’est pas le cas à l’heure actuelle puisque les avions sont peu ou pas automatisés et demeurent complexes d’utilisation. On notera toutefois, le développement important ces dernières années de drones dédiés à des applications sans transport de personnes.

[004] Des premières tentatives d’aéronefs respectant les critères précités ont été réalisées et se présentent, dans la majorité des cas sous la forme de configurations convertibles ayant une mécanique complexe et de nombreuses parties mobiles. D’autres configurations du type hélicoptère avec une propulsion axiale existent.

[005] Toutefois, en l’état actuel de la technique, les hélicoptères ou les aéronefs convertibles s’avèrent coûteux à la fois en termes d’acquisition et d’exploitation du fait de leur complexité. De plus, l’automatisation réduite et le manque de fiabilité imposent la présence d’un pilote rendant économiquement non viable ce type de transport.

[006] Un drone 10 de conception originale a été proposé par l’ONERA, connu sous le nom de PTEROSAUR et représenté en figure 1. Celui-ci s’avère capable de décollage et atterrissage sur de courtes distances avec une faible consommation grâce à des phases de vol à différentes assiettes. Ce concept de drone est mécaniquement simple. En effet, à l’exception des gouvernes d’extrémités de voilure, aucun élément majeur de structure n’est mobile à la différence des convertibles. De plus, son architecture ne nécessite pas la présence d’une chaîne complexe de transmission de puissance. Enfin, ce drone 10 comprend une pluralité de moteurs électriques 12 répartis sur deux ailes 14 distinctes, ce qui augmente grandement la sécurité en vol. Toutefois, comme évoqué les assiettes variées rendent impossibles le transport de passagers dans des conditions de confort minimum comme cela est visible sur les figures 1 et 2 puisque les passagers peuvent être dans une position assise similaire à celle d’une position assise dans un avion classique lorsque l’aéronef 10 est en position de croisière (figure 1) mais sont dans une position inclinée lorsque l’aéronef 10 est au sol (figure 2). On comprend ainsi que l’accès des passagers à la cabine de transport est très délicat.

RESUME DE L’INVENTION [007] La présente invention concerne tout d’abord un aéronef comprenant au moins un élément de voilure portant fixement une pluralité de moteurs à propulsion individuelle et une structure délimitant une cabine de passagers qui est articulée en rotation autour d’un axe de tangage dudit aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de pilotage de la rotation de la cabine autour de l’axe de tangage de l’aéronef en fonction de la gravité apparente à l’intérieur de la cabine.

[008] Cette solution permet de bénéficier de tous les avantages de la formule convertible qui permet de passer d’un mode hélicoptère ou à décollage très court à un mode avion en croisière sans devoir intégrer d’éléments basculants ou articulés complexes.

[009] Selon l’invention, l’aéronef est à voilure et propulsion distribuée fixes. Seule la cabine qui reçoit les passagers est basculante, et n’a pas besoin d’être motorisée car les accélérations, gravité comprise, permettent une orientation de la cabine comme un pendule.

[010] Il suffit alors de piloter un système de freinage de la cabine autour de l’axe de tangage pour autoriser ou non la rotation demandée par l’alignement avec la pesanteur apparente. La position de la cabine est alors pilotée sans avoir recours à un actionneur de puissance.

[011] Plusieurs dispositifs permettent d’assurer le freinage en rotation de la cabine et d’assurer son pilotage en position. Par exemple, il est possible d’envisager l’utilisation de moyens de verrouillage mécanique avec positions prédéfinies indexées et pilotées en tout ou rien. Cette fonction peut par exemple être assurée par un ensemble disque troué et doigt d’arrêt actionné comme une gâche électrique, pneumatique, hydraulique, etc; ou par un couple de disques à crabots axiaux, dont l’un est déplacé axialement pour assurer les fonctions de verrouillage déverrouillage. Dans ce cas aussi, l’utilisation d’un crabot mobile peut être déplacé sur des cannelures par un petit actionneur électrique, pneumatique, hydraulique, etc.

[012] Dans une configuration plus complexe, il serait possible d’avoir un pilotage continûment variable du freinage, allant de la liberté en rotation totale jusqu’au blocage, en passant par toutes les valeurs intermédiaires de coefficient de freinage. Les systèmes à frein à disques, hydraulique, électrique ou du type coupleur électromagnétique sont parfaitement adaptés pour assurer ces fonctions.

[013] L’ utilisation de moyens de freinage, comme évoqué précédemment, présente l’avantage de n’avoir aucune conséquence en terme de navigabilité ou de sécurité d'utilisation en cas de défaillance car la seule conséquence sera pour les passagers, d’être momentanément dans une position inadéquate par rapport à la gravité.

[014] Selon une autre caractéristique de l’invention, l’aéronef comprend aussi au moins un premier et un second éléments de voilure sensiblement parallèlement l’un à l’autre, espacés l’un de l’autre et reliés l’un à l’autre par des bras de liaison profilés.

[015] La cabine peut être montée en rotation sur le premier élément de voilure destiné à former un élément de voilure inférieur en position de vol d’avancement.

[016] Le second élément de voilure peut comprendre un organe de support relié au bord de fuite dudit second élément de voilure. Cet organe de support peut ainsi assurer un support du second élément de voilure en position d’arrêt au sol.

[017] Egalement, la cabine peut être montée en rotation sur un bras de liaison de liaison du premier et du second éléments de voilure.

[018] Chaque moteur à propulsion individuelle peut fournir une traction adaptée à la situation de vol et être équipé d'une ou plusieurs hélices à niveau de bruit réduit.

[019] Chaque élément de voilure peut comprendre des volets hypersustentateurs et/ou des ailerons. De préférence, le premier élément de voilure et le second élément de voilure comprennent chacun deux volets agencés côte à côte au niveau du bord de fuite dudit élément de voilure, chaque volet étant actionné par au moins deux actuateurs.

[020] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique en perspective d’un aéronef selon la technique antérieure en position de vol d’avancement ; la figure 2 est une vue schématique en perspective de l’aéronef de la figure 1 dans une position de stationnement au sol ;

la figure 3 est une vue schématique en perspective d’un premier mode de réalisation d’un aéronef selon l’invention, en position de vol d’avancement ;

la figure 4 est une vue schématique en perspective de l’aéronef de la figure 3 en position de stationnement au sol ;

la figure 5 est une vue schématique en perspective à plus grande échelle de la cabine de transport de passagers ;

la figure 6 est une vue schématique de face d’un second mode de réalisation d’un aéronef selon l’invention ;

la figure 7 est une vue schématique de côté de l’aéronef de la figure 6, l’aéronef étant en position de vol d’avancement ;

la figure 8 est une vue schématique de côté de l’aéronef de la figure 6, l’aéronef étant en position de vol stationnaire ;

la figure 9 est une vue schématique de côté de l’aéronef de la figure 6, l’aéronef étant en position de stationnement au sol.

DESCRIPTION DETAILLEE [021] On se réfère maintenant aux figures 3 et suivantes représentant un aéronef 16 selon l’invention. Comme cela est bien représenté sur les figures, l’aéronef 16 selon l’invention comprend une cabine 18, au moins un élément de voilure, dans le cas présent un premier élément 20 de voilure et un second élément 22 de voilure. Le premier élément 20 de voilure et le second élément 22 de voilure sont espacés l’un de l’autre et sensiblement parallèles l’un à l’autre. Ces deux éléments 20, 22 de voilure sont reliés l’un à l’autre par deux bras 24 aérodynamiquement profilés et sensiblement perpendiculaires aux éléments de voilure 20, 22 qui seront qualifiés d’ailes dans la suite de la description. La première aile 20 et la seconde aile 22 portent chacune des moteurs 26 à propulsion individuelle qui peuvent être équipés d'hélices à niveau de bruit réduit. Chaque moteur 26 à propulsion individuelle comprend une hélice 28 agencée de manière à tourner en amont du bord d’attaque ou bord amont de chacune des ailes 20, 22.

[022] La première aile 20 est ici une aile destinée à former une aile inférieure en position d’avancement horizontal, la seconde aile 22 formant alors une aile supérieure. En position de vol stationnaire correspondant à une position similaire à celle représentée en figure 4 représentant l’aéronef 16 en position de stationnement au sol, la première aile 20 et la seconde aile 22 sont sensiblement verticales.

[023] La cabine 18 est articulée en rotation autour de l’axe Y de tangage (figure 3) de l’aéronef 16, plus spécifiquement, elle est articulée en rotation sur la première aile 20, au milieu de celle-ci. La seconde aile 22 comprend un organe 30 de support relié au bord de fuite de la seconde aile 22. Cet organe 30 de support est formé sensiblement au milieu de la seconde aile

22. Cet organe 30 de support est de préférence aérodynamiquement profilé pour ne pas induire de perturbations dans l’écoulement d’air en aval de la seconde aile 22. L’organe 30 est relié à un compartiment 31 profilé destiné à contenir des équipements de l’avion. On comprend ainsi que lorsque l’aéronef 16 est en positon d’avancement, la première 20 et la seconde 22 ailes sont orientées comme des ailes d’un avion, la cabine 18 étant en position horizontale. Lorsque l’aéronef 16 est au sol, les première 20 et seconde 22 ailes sont verticales et l’aéronef 16 repose au sol en prenant appui sur la cabine 18 et sur l’organe de support 30.

[024] On remarque que la seconde aile 22 peut être avancée par rapport à la première aile en position d’avancement pour faciliter la stabilité en tangage de l'aéronef.

[025] Selon l’invention, l’aéronef 16 comprend des moyens de pilotage de la rotation de la cabine 18 autour de l’axe Y de tangage de l’aéronef en fonction de la gravité apparente à l’intérieur de la cabine. Les moyens de pilotage peuvent ainsi comprendre des moyens de freinage de la rotation de la cabine autour de l’axe de tangage afin d’autoriser la rotation de la cabine 18 avec la pesanteur apparente. On pourra se référer aux différentes possibilités de dispositifs de freinage indiqués précédemment.

[026] Dans un second mode de réalisation représenté aux figures 6 à 9, la cabine 18 de l’aéronef 32 est articulée en rotation sur un bras 34 de liaison de la première aile 20 et de la seconde aile 22. Dans cette configuration, l’aéronef 32 ne comprend qu’un seul bras 34 de liaison alors qu’il en comprend deux dans la première réalisation.

[027] La figure 7 représente le mode d’avancement de l’aéronef 32 similaire à celui du mode d’avancement d’un avion. La figure 8 représente un mode de vol stationnaire dans lequel les ailes 20, 22 sont verticales et les hélices 28 rotatives dans un plan sensiblement horizontal. La figure 9 représente le mode de stationnement au sol, l’aéronef 32 reposant sur des organes 36, 38 de support solidaires de la première aile 20 et de la seconde aile 22. Ainsi, au sol, cet aéronef ne repose pas sur la cabine 18 comme dans la première réalisation.

[028] L’aéronef comprend des gouvernes aérodynamiques, par exemple des ailerons ou des volets hypersustentateurs formés au niveau des bords de fuite des ailes. Dans une réalisation particulière, les première 20 et seconde 22 ailes comprennent chacune deux volets ou aileron 40, 42 agencés côte à côte (figures 4 et 5) et chaque volet ou aileron 40, 42 est actionné par deux actuateurs (non représentés) pour pallier toute défaillance de l’un des actuateurs.

[029] On notera que le nombre, la position et la répartition des moteurs sur les ailes permettent :

d’obtenir une portance accrue par soufflage de l’aile dès les très basses vitesses et sur une grande partie de son envergure ;

d’améliorer le contrôle en lacet et en roulis à basse vitesse par traction différentielle sur les moteurs sur les demi-ailes droites et gauches ;

de limiter la traînée induite grâce au positionnement de moteurs aux extrémités des quatre demi-ailes, avec un sens de rotation approprié ; de limiter les nuisances sonores en jouant sur le spectre de bruit émis par les différents ensembles moteurs hélices (diamètre et pas des hélices, régime et sens de rotation).

[030] De plus, le caractère dissemblable des hélices permet :

de limiter les nuisances sonores ;

de potentiellement définir des hélices repliables optimisées pour les phases de décollage et d’atterrissage ;

de replier ces hélices et d’arrêter les moteurs associés pour la phase de croisière qui nécessite une traction moindre ;

d’utiliser la totalité des hélices pour les phases de décollage et d’atterrissage ;

d’utiliser des ensembles moteurs-hélices de décollage en phase de croisière en cas de panne de l’un des moteurs de croisière, en limitant la vitesse de croisière.

[031] Enfin, la traction différentielle des moteurs sur les plans arrière et avant, associée à l’utilisation des volets, permet le contrôle en tangage du véhicule depuis une position des ailes « corde verticale » jusqu’à une position « corde horizontale », soit un basculement complet de l’ensemble de la paire d’ailes pour le passage d’un vol vertical (décollage/atterrissage) à un vol horizontal, depuis les faibles vitesses avec volets braqués en positif (braquage élevé) jusqu’à un braquage légèrement négatif pour une vitesse de croisière à finesse élevée.

[032] La position et l’articulation de la cabine au milieu de l’aile avant permet de conserver une position horizontale de la cabine pendant le vol de croisière, pendant les phases d’atterrissage et de décollage et pendant les phases de transition pour assurer aux passagers une position assise confortable semblable à celle qu'ils auraient dans un avion conventionnel.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Aéronef (16, 32) comprenant au moins un élément de voilure (20, 22) portant fixement une pluralité de moteurs (26) à propulsion individuelle et une structure délimitant une cabine (18) de passagers qui est articulée en rotation autour d’un axe (Y) de tangage dudit aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de pilotage de la rotation de la cabine autour de l’axe (Y) de tangage de l’aéronef (16, 32) en fonction de la gravité apparente à l’intérieur de la cabine (18).
2. 2. Aéronef selon la revendication 1, dans lequel les moyens de pilotage comprennent des moyens de freinage de la rotation de la cabine autour de l’axe de tangage (Y).
3. 3. Aéronef selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins un premier (20) et un second (22) éléments de voilure sensiblement parallèlement l’un à l’autre, espacés l’un de l’autre et reliés l’un à l’autre par des bras (24) de liaison profilés.
4. 4. Aéronef selon la revendication 3, dans lequel la cabine est montée en rotation sur le premier élément (20) de voilure destiné à former un élément de voilure inférieur en position de vol d’avancement.
5. 5. Aéronef selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le second élément (22) de voilure comprend un organe de support (30) relié au bord de fuite dudit second élément de voilure (22).
6. 6. Aéronef selon la revendication 3, dans lequel la cabine est montée en rotation sur un bras (34) de liaison du premier et du second éléments (20, 22) de voilure.
7. 7. Aéronef selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel chaque moteur à propulsion individuelle est utilisé de façon adaptée à chaque phase de vol.
8. 8. Aéronef selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel ledit au moins un élément de voilure comprend des volets hypersustentateurs et/ou des ailerons (40, 42).
9. 9. Aéronef selon la revendication 3 et la revendication 7, dans lequel chacun du premier élément de voiture (20) et du second (22) élément de voilure comprend deux volets (40, 42) agencés côte à côte au niveau du bord de fuite dudit élément de voilure, chaque volet (40, 42) étant actionné 5 par au moins deux actuateurs.