FR3092543A1 - Véhicule à coussin de fluide à chambre de suspension et chambre de sustentation séparées - Google Patents
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Abstract
Véhicule (1) à coussins de fluide circulant au-dessus d’un support (2) par sustentation, cette sustentation étant assurée par au moins deux dispositifs (8) de sustentation muni chacun d’un coussin (12) de fluide, ces coussins (12) de fluide comprennent chacun une chambre (32) centrale, une chambre (29) de suspension et une chambre (43) de sustentation, les chambres (29, 43) de suspension et sustentation sont alimentées séparément en fluide sous pression, chaque dispositif (8) de sustentation comprenant un moyen (13) d’approvisionnement de fluide primaire pour alimenter la chambre (29) de suspension par un conduit (22) primaire et un moyen (23) d’approvisionnement de fluide secondaire pour alimenter la chambre (43) de sustentation par un conduit (26) secondaire. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention relève du domaine des véhicules circulant au-dessus d’un support par sustentation par coussins de fluide, ces véhicules sont destinés au transport à grande vitesse de passager et, ou le transport de marchandises.
La sustentation est assurée au moyen d’un ensemble de coussins de fluide, ces coussins de fluide permettent de faire léviter un véhicule au-dessus d’un support, ce support étant de préférence une surface plane.
Afin d’assurer des critères de confort et de sécurité, la fonction principale de lévitation est accompagnée par deux fonctions solidaires, une fonction de suspension et une fonction d’amortissement.
Un tel véhicule s’apparente plus particulièrement au domaine des sustentations aérauliques. L'aéraulique désigne la science qui étudie l’écoulement de fluide non comprimé dans les conduits et qui s’applique à la ventilation, au conditionnement de fluide, au dépoussiérage, au séchage et au transport pneumatique.
Les coussins de fluide fonctionnent grâce à un phénomène aérodynamique appelé « effet de sol », ce phénomène consiste à générer une portance d’un véhicule, la portance étant la composante de la force subie par un corps en mouvement dans un fluide qui s'exerce perpendiculairement à la direction du mouvement, cette composante permettant ainsi de surélever le véhicule au-dessus de son support.
Dans la présente invention la portance est générée grâce à une zone de fluide surpressée comprise entre une surface inférieure du véhicule et son support.
Les coussins de fluide permettent à un véhicule de s’affranchir de toute architecture mécanique d’un véhicule traditionnel tel qu’un train comprenant des bogies qui sont des chariots situés sous le train, et sur lesquels sont fixés des essieux et des roues, toute cette architecture mécanique engendre des inconvénients tel qu’un volume occupé important, des nuisances sonores non négligeables engendrées par son fonctionnement, une masse élevée à supporter et à déplacer.
Ainsi, les coussins de fluide permettent de s’affranchir des frottements engendrés entre l’architecture mécanique des trains traditionnels citée précédemment et le support d’un véhicule à coussins de fluide. L’absence de ces frottements permet de mouvoir un véhicule à une vitesse élevée plus facilement, en demandant moins d’énergie.
Enfin, les coussins de fluide permettent de garantir l’économie d’importants rejets de particules fines dus à l’usure des composants d’une architecture mécanique de train traditionnel.
Le document US 5460098 décrit un système de transport terrestre comprenant un véhicule à coussin de fluide, ce véhicule comprend des ouvertures d’admission de fluide et des ouvertures d’évacuation de fluide dans tout le véhicule pour créer un coussin de fluide entre le dessous du véhicule et un support au-dessus duquel le véhicule circule, le système comprend également un moyen de compression de fluide et d’acheminement de fluide sous pression à une chambre de sustentation.
Cette solution permet une sustentation satisfaisante d’un véhicule au-dessus de son support cependant elle ne permet pas d’anticiper des éventuels problèmes de sustentation liés à l’arrêt ou le disfonctionnement du moyen de compression de fluide et d’acheminement de fluide à la chambre de sustentation. En effet, si la sustentation venait à s’arrêter le véhicule ne serait alors plus capable de circuler en lévitation au-dessus de son support.
Une autre solution, décrite dans le document FR 2301422, présente un véhicule à coussins de fluide circulant au-dessus d’un support par sustentation, cette sustentation étant assurée par un ensemble de coussins de fluide, délimités par un ensemble de jupes souples.
Les coussins de fluide de cette solution présentent une chambre de diffusion dans laquelle du fluide sous pression est acheminé au moyen d’au moins un ventilateur, ce ventilateur permet d’alimenter plusieurs coussins de fluide, le véhicule peut comprendre plusieurs ventilateurs pour alimenter plusieurs régions de coussins de fluide en même temps.
Ce fluide sous pression s’écoule ensuite dans un coussin central, celui-ci permet au véhicule de léviter au-dessus de son support, une série d’ouvertures primaires permet l’écoulement de fluide sous pression de la chambre de diffusion au coussin central.
Chaque coussin de fluide présente une jupe fermée et alimentée en fluide sous pression depuis la chambre de diffusion par un ventilateur et grâce à une ouverture secondaire, l’ensemble des jupes fermées permet de contrôler constamment l’assiette du véhicule efficacement en modifiant la pression des différentes chambres et jupes fermées, en réglant le régime et, ou le pas des ventilateurs.
Cette solution permet d’anticiper les éventuelles pannes énoncées ci-dessus et concernant l’invention décrite dans le document US 5460098 car elle comprend plusieurs ventilateurs, notamment deux ventilateurs pour gérer l’alimentation en fluide sous pression, un ventilateur alimentant un côté du véhicule et un second ventilateur alimentant un autre côté du véhicule.
Cette solution apporte des solutions aux problèmes précités mais ces solutions sont limitées car le nombre de ventilateurs utilisés est trop faible par rapport au nombre de coussins de fluide, une défaillance, même d’un unique ventilateur, serait difficile à gérer, en effet, le contrôle de l’assiette du véhicule serait difficile à gérer des deux côtés du véhicule avec un unique ventilateur.
Cette solution requiert également l’utilisation de ventilateurs de grande taille, capable d’assurer l’approvisionnement en fluide sous pression pour l’ensemble des coussins de fluide, ainsi, un espace aux dimensions non négligeables est requis dans le véhicule pour disposer deux ventilateurs.
Un premier objectif de l’invention est d’apporter une solution efficace à un véhicule à coussins de fluide circulant au-dessus d’un support pour anticiper les potentielles défaillances d’alimentation en fluide sous pression.
Un deuxième objectif de l’invention est d’apporter une solution compacte à un véhicule à coussin de fluide circulant au-dessus d’un support pour alimenter plusieurs coussins de fluide à la fois.
Un troisième objectif de l’invention est d’apporter à un véhicule à coussins de fluide circulant au-dessus d’un support une garde au sol réglable et une hauteur de vol réglable.
Un quatrième objectif de l’invention est de minimiser les pertes de charges et les fuites dans les coussins de fluide.
Un cinquième objectif de l’invention est de renforcer la stabilité dynamique des coussins de fluide à grande Vitesse.
A cet effet, il est proposé, un véhicule à coussins de fluide circulant au-dessus d’un support par sustentation, cette sustentation étant assurée par au moins deux dispositifs de sustentation muni chacun d’un coussin de fluide, ces coussins de fluide comprennent chacun une chambre centrale, une chambre de suspension et une chambre de sustentation, les chambres de suspension et sustentation sont alimentées séparément en fluide sous pression, chaque dispositif de sustentation comprenant un moyen d’approvisionnement de fluide primaire pour alimenter la chambre de suspension par un conduit primaire et un moyen d’approvisionnement de fluide secondaire pour alimenter la chambre de sustentation par un conduit secondaire.
L’alimentation de la chambre de suspension et de la chambre de sustentation par des moyens d’approvisionnement de fluide séparés permet d’obtenir un rendement énergétique amélioré grâce à la réduction des pertes de charges et fuites dans les coussins de fluide.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison :
- le véhicule comprend au total quatre dispositifs de sustentation,
- le véhicule comprend au total six dispositifs de sustentation,
- le véhicule comprend au total huit dispositifs de sustentation,
- le moyen d’approvisionnement de fluide primaire est une pompe centrifugeuse,
- le moyen d’approvisionnement de fluide secondaire est composé d’un compresseur de fluide et d’un réservoir,
- les dispositifs de sustentation comprennent un pluralité de moyens d’articulation,
- les moyens d’articulation sont composés de bielles et d’amortisseurs.
- le véhicule comprend au total quatre dispositifs de sustentation,
- le véhicule comprend au total six dispositifs de sustentation,
- le véhicule comprend au total huit dispositifs de sustentation,
- le moyen d’approvisionnement de fluide primaire est une pompe centrifugeuse,
- le moyen d’approvisionnement de fluide secondaire est composé d’un compresseur de fluide et d’un réservoir,
- les dispositifs de sustentation comprennent un pluralité de moyens d’articulation,
- les moyens d’articulation sont composés de bielles et d’amortisseurs.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaitront à la lumière de la description d’un mode de réalisation, fait ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels :
On a représenté, de manière schématique, sur la figure 1, un véhicule1(en trait pointillé), disposé au-dessus d’un support2 .
On définit par rapport au véhicule1un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes perpendiculaires deux à deux, à savoir :
- un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, confondue avec la direction générale de déplacement du véhicule,
- un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec l’axe X définit un plan XY horizontal,
- un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal.
- un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, confondue avec la direction générale de déplacement du véhicule,
- un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec l’axe X définit un plan XY horizontal,
- un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal.
Dans la suite de la description, et en référence au repère défini ci-dessus, les termes «longitudinal» ou «longitudinalement» font référence à une direction confondue avec l’axe X, les termes «transversal» ou «transversalement» font référence à une direction confondue avec l’axe Y, et les termes «vertical» ou «verticalement» font référence à une direction confondue avec l’axe Z.
Dans la présente invention le support2est un rail présentant en section transversale un « T » inversé. Le rail présente une section3horizontale s’étendant longitudinalement, et une section4verticale s’étendant verticalement depuis le centre de la section3horizontale.
Le véhicule1présente une ouverture5présentant en section transversale un profil identique à la forme de la section4verticale, de sorte à ce que le véhicule1soit symétrique par rapport à la section4verticale et forme une section6primaire et une section7secondaire, ces sections6,7étant disposées de part et d’autre de la section4verticale.
Pour permettre au véhicule1de se déplacer au-dessus de son support2, il comprend une pluralité de dispositif8de sustentation alignés les uns derrière les autres longitudinalement en deux rangées9,10, une rangée9primaire se trouvant du côté de la section6primaire et une rangée10secondaire se trouvant du côté de la section7secondaire.
Les rangées9,10se trouvent au-dessus de la section3horizontale et à proximité de la section4verticale.
Dans la présente invention le véhicule1comprend huit dispositifs8de sustentation repartis en deux rangées9,10de quatre dispositifs8de sustentation chacune mais il pourrait comprendre moins de dispositif8de sustentation, par exemple quatre ou six dispositifs8de sustentation.
Le véhicule1ne peut cependant pas comprendre uniquement deux dispositifs8de sustentation disposés respectivement dans la section6primaire et la section7secondaire, si l’un des deux dispositifs8de sustentation venait à ne plus fonctionner le véhicule1serait complètement déstabilisé d’un côté et serait directement en contact du support2. Les dispositifs8de sustentation sont solidaires du véhicule1, plus particulièrement de son bâti.
Le véhicule1comprend un calculateur11qui, couplé à un ensemble de capteurs, tels que, par exemple, un capteur de hauteur de vol, un capteur de pression, permet de gérer le fonctionnement des dispositifs8de sustentation et adapter leur fonctionnement de façon optimale.
Tel qu’illustré sur la figure 2, le dispositif8de sustentation comprend un coussin12de fluide, celui-ci permet d’assurer les fonctions de lévitation et suspension du véhicule1 .
Le dispositif8de sustentation comprend un moyen13d’approvisionnement de fluide primaire, celui-ci alimente le coussin12de fluide et assure la fonction de sustentation.
Dans la présente invention le moyen13d’approvisionnement de fluide primaire est une pompe14centrifugeuse.
La pompe14centrifugeuse est composée d’un corps15creux de forme cylindrique comprenant en son centre un orifice16traversant intégralement le corps15creux transversalement, de deux tubes17,18, un tube17d’admission de fluide et un tube18d’échappement de fluide, le tube17d’admission de fluide s’étendant transversalement depuis le corps15creux et étant coaxial avec l’orifice16, tandis que le tube18d’échappement de fluide s’étend verticalement depuis le corps15creux.
La pompe14centrifugeuse comprend également une roue19à aubes montée en rotation avec un arbre20lui-même monté en rotation avec un moteur21, plus particulièrement avec son axe. Ce moteur21permettant d’actionner la rotation de la roue19à l’intérieur du corps15creux, comme l’indique la flèche noire.
La rotation des aubes de la roue19entraine l’aspiration de fluide au travers de l’orifice16, comme le montre la flèche noire transversale, notamment grâce de l’orientation des aubes qui repoussent le fluide lors de leur rotation, cet écoulement de fluide s’accélère dans la roue19à cause de la force centrifuge générée par la rotation de la roue19, il se dirige ensuite vers le tube18d’échappement de fluide.
Le tube18d’échappement de fluide est connecté à un conduit22primaire, celui-ci permet d’acheminer le fluide provenant de la pompe14centrifugeuse au coussin12de fluide, comme le montre la flèche noire vertical.
Le dispositif8de sustentation comprend un moyen23d’approvisionnement de fluide secondaire, celui-ci alimente le coussin12de fluide et assure la fonction de suspension.
Dans la présente invention le moyen23d’approvisionnement de fluide secondaire est un compresseur24de fluide, celui-ci étant alimenté en fluide par un réservoir25.
Le compresseur24de fluide alimente le coussin12de fluide au moyen d’un conduit26secondaire et le fluide s’écoule au travers de ce conduit26secondaire pour atteindre le coussin12de fluide, comme le montre la flèche en pointillée.
Le conduit22primaire et le conduit26secondaire sont tous deux directement reliés au coussin12de fluide, ainsi, la fonction d’alimentation en fluide pour la sustentation et la suspension du véhicule1est bien assurée.
Tel qu’illustré sur la figure 3, le dispositif8de sustentation comprend le coussin12de fluide disposé au-dessus du support2, il est composé d’un plateau27inférieur sur lequel est disposé une gaine28qui prend la forme d’un tore à section rectangulaire.
Le plateau27inférieur présente en vue de haut une forme rectangulaire arrondie à ses extrémités, comme on peut le voir sur la figure 2.
Cette gaine28présente en section transversale trois espaces, une chambre29de suspension séparée en deux cavités30,31, une cavité30primaire et une cavité31secondaire, et une chambre32centrale correspondant à l’espace vide de la forme de tore à section rectangulaire.
La chambre32centrale est cloisonnée au moyen d’un plateau33supérieur disposé sur une face34supérieure primaire de la cavité30primaire et une face35supérieure secondaire de la cavité31secondaire, ce plateau33supérieur s’étendant longitudinalement et transversalement de la même longueur que le plateau27inférieur, et ce plateau33supérieur présentant en vue de dessus une forme identique au plateau27inférieur, comme on peut le voir sur la figure 2.
Dans la présente invention la gaine28s’étend longitudinalement et transversalement d’une longueur inférieure au plateau27inférieur et au plateau33supérieur, de sorte à créer un espace36d’amortissement.
Selon un mode de réalisation, la gaine28pourrait présenter une longueur longitudinale et transversale identique au plateau27inférieur et au plateau33supérieur, ainsi, l’espace36d’amortissement n’existerait pas.
Le coussin12de fluide comprend une pluralité de moyens37d’articulation, ils permettent d’assurer l’articulation et l’amortissement entre le plateau27inférieur et le plateau33supérieur lorsque l’orientation du véhicule1change, par exemple dans la courbure d’un virage.
Dans la présente invention les moyens37d’articulation sont composés d’une pluralité d’ensembles comprenant des bielles38et des amortisseurs39mais il pourrait en être autrement.
Le plateau27inférieur comprend un rabat40s’étendant verticalement depuis une face41inférieure du plateau27inférieur, à proximité d’un bord42du plateau27inférieur et sur l’intégralité du contour du plateau27inférieur, de sorte à former une boucle fermée et une chambre43de sustentation. Cette chambre43de sustentation est ouverte par le dessous.
Le rabat40comprend un creux44s’étendant sur toute la longueur du rabat40apte à recevoir une lèvre45de confinement. Cette lèvre45de confinement présente une forme identique au rabat40mais sa longueur est supérieure à celle-ci, de sorte à dépasser du creux44d’une certaine longueur.
La gaine28et la lèvre45de confinement sont réalisées à partir d’un matériau flexible, comme par exemple le polychlorure de vinyle flexible, de sorte à pouvoir se déformer facilement.
La gaine28comprend une pluralité de trous46traversant la face34supérieure primaire et la face35supérieure secondaire, et le plateau33supérieur comprend une pluralité de perçages47dont les axes coïncident avec les axes des trous46.
La combinaison des trous46et perçages47permet d’approvisionner la chambre29de suspension et plus particulièrement la cavité30primaire et la cavité31secondaire en fluide sous pression provenant directement du compresseur24de fluide et ayant traversé le conduit26secondaire, comme le montrent les flèches noires verticales.
Dans la présente invention, le gaine28et le plateau33supérieur comprennent respectivement quatre trous46et quatre perçages47mais il pourrait en être autrement, la gaine28et le plateau33supérieur pourraient comprendre respectivement moins ou d’avantage de trous46et de perçages47.
La variation de pression dans la chambre29de suspension permet d’absorber les débattements du véhicule1.
Le plateau33supérieur et le plateau27inférieur comprennent respectivement plusieurs ouvertures48primaires et plusieurs ouvertures49secondaires, ces ouvertures48,49sont pratiquées au centre du plateau33supérieur et au centre du plateau27inférieur, elles sont reparties longitudinalement, les axes respectifs des ouvertures48primaires et de des ouvertures49secondaires étant coïncidents.
Les ouvertures48,49permettent d’acheminer le fluide sous pression provenant de la pompe14centrifugeuse et ayant traversé le conduit22primaire à la chambre32centrale, comme le montre la flèche en pointillée verticale.
La chambre32centrale permet de diffuser le fluide uniformément dans la chambre43de sustentation.
Comme on peut le voir sur la figure 4, le plateau27inférieur et le plateau33supérieur comprennent une pluralité de perforations50, elles permettent de solidariser le plateau33supérieur au bâti du véhicule1par un quelconque moyen de fixation.
Les perforations50du plateau33supérieur permettent également de fixer la gaine28au plateau33supérieur, et les perforations50du plateau27inférieur permettent de fixer la gaine28au plateau27inférieur.
Le fluide présent dans la chambre32centrale passe ensuite à la chambre43de sustentation en traversant les ouvertures49secondaires.
La chambre43de sustentation se remplit de fluide et une partie de ce fluide s’échappe par la lèvre45de confinement, comme le montrent les flèches noires de la figure 3, la lèvre45étant flexible, elle se plie pour laisser passer du fluide.
La variation de pression dans la chambre43de sustentation permet de créer une portance positive du véhicule1au-dessus de son support2et ainsi de surélever celui-ci à une distance prédéterminée du support2, un distance égale à deux millimètres par exemple.
Les coussins12de fluide comprennent trois fonctions distinctes, la sustentation du véhicule1au-dessus de son support2, la suspension du véhicule1, l’articulation et l’amortissement du véhicule1.
La fonction de sustentation du véhicule1au-dessus de son support2est réalisée de la façon suivante.
La pompe14centrifugeuse aspire du fluide pour l’injecter sous pression dans le coussin12de fluide au travers du conduit22primaire. Le fluide sous pression traverse la chambre32centrale, celle-ci diffuse ensuite uniformément le fluide dans la chambre43de sustentation. La chambre43de sustentation se remplit alors de fluide sous pression et créé alors une portance du véhicule1au-dessus de son support2, une partie du fluide contenu dans la chambre43de sustentation s’échappe par la lèvre45de confinement.
La fonction de suspension du véhicule1au-dessus de son support2est réalisée de la façon suivante.
Le compresseur24de fluide injecte du fluide sous pression en passant par le réservoir25puis le conduit26secondaire au coussin12de fluide. Le fluide sous pression s’écoule dans la chambre29de suspension, celle-ci se remplit et gonfle pour former un ressort pneumatique.
Les fonctions d’articulation et d’amortissement du véhicule1sont assurées grâce aux moyens37d’articulation repartis dans tout l’espace36d’amortissement. Ces deux fonctions fonctionnent comme suit.
Le véhicule1et plus particulièrement le plateau33supérieur peut s’orienter selon trois degrés de liberté, en effet, selon l’orientation et l’inclinaison de la voie empruntée par le véhicule1celui-ci va suivre cette orientation et cette inclinaison.
Ainsi, le plateau33supérieur peut pivoter sur son axe longitudinal et son axe transversal, et il peut se translater suivant son axe vertical.
Lorsque l’une de ces rotations se produit, les bielles38permettent l’articulation du plateau33supérieur tandis que les amortisseurs39permettent d’amoindrir le choc d’un débattement et assurent un confort de tenue de route optimal pour les passagers du véhicule1.
Le dispositif8de sustentation décrit ci-dessus présente les avantages suivants.
La séparation de l’approvisionnement en fluide des chambre29de suspension et chambre43de sustentation permet d’obtenir un rendement énergétique amélioré grâce à la réduction des pertes de charges et fuites dans les coussins12de fluide.
Cette séparation permet un contrôle de la suspension du véhicule1optimal.
Cette séparation permet enfin d’utiliser des moyens13d’approvisionnement de fluide primaires et des moyens23d’approvisionnement de fluide secondaires de taille réduite par rapport à l’utilisation d’un moyen d’approvisionnement en fluide unique pour assurer la suspension et la sustentation du véhicule1.
Claims (8)
- Véhicule (1) à coussins de fluide circulant au-dessus d’un support (2) par sustentation, cette sustentation étant assurée par au moins deux dispositifs (8) de sustentation muni chacun d’un coussin (12) de fluide, chaque coussin (12) de fluide comprend une chambre (32) centrale, une chambre (29) de suspension et une chambre (43) de sustentation, les chambres (29,44) de suspension et sustentation sont alimentées séparément en fluide sous pression ;
Ce véhicule (1) étantcaractérisé en ce quechaque dispositif (8) de sustentation comprend un moyen (13) d’approvisionnement de fluide primaire pour alimenter la chambre (29) de suspension par un conduit (22) primaire et un moyen (23) d’approvisionnement de fluide secondaire pour alimenter la chambre (43) de sustentation par un conduit (26) secondaire. - Véhicule (1) selon la revendication 1,caractérisé en ce qu’il comprend au total quatre dispositifs (8) de sustentation.
- Véhicule (1) selon la revendication 1,caractérisé en ce qu’il comprend au total six dispositifs (8) de sustentation.
- Véhicule (1) selon la revendication 1,caractérisé en ce qu’il comprend au total huit dispositifs (8) de sustentation.
- Véhicule (1) selon l’une des revendications précédentes,caractérisé en ce quele moyen (13) d’approvisionnement de fluide primaire est une pompe (14) centrifugeuse.
- Véhicule (1) selon l’une des revendications précédentes,caractérisé en ce quele moyen (23) d’approvisionnement de fluide secondaire est composé d’un compresseur (24) de fluide et d’un réservoir (25).
- Véhicule (1) selon l’une des revendications précédentes,caractérisé en ce queles dispositifs (8) de sustentation comprennent une pluralité de moyens (37) d’articulation.
- Véhicule (1) selon l’une des revendications précédentes,caractérisé en ce queles moyens (37) d’articulation sont composé de bielles (38) et d’amortisseurs (39).
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