FR3100059A1 - Dispositif d'interception deployable et retractable - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’interception (10) destiné à être fixé sur un aéronef (11), caractérisé en ce qu’il comprend : un châssis (12) apte à être connecté à l’aéronef (11); une structure (13) reliée au châssis (12) ; une membrane (14) fixée à la structure (13) ; un actionneur (15) de la structure (13) ; le dispositif d’interception (10) étant apte à passer, par actionnement de l’actionneur (15), d’une configuration stockée dans laquelle la membrane (14) est repliée, à une configuration déployée dans laquelle la membrane (14) est déployée, et inversement. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention se situe dans le domaine technique de la protection d’un espace aérien par interception d’objets en vol. L’invention concerne un dispositif d’interception, ou de capture, déployable et rétractable destiné à être fixé sur un aéronef. Elle s’applique à tout aéronef, et particulièrement à un drone dit intercepteur, qui peut être équipé d’un tel dispositif afin d’intercepter en vol un objet, par exemple un autre drone dit assaillant.
Dans la suite, le cadre de l’invention est divulgué dans l’exemple d’un drone intercepteur d’un drone dont la présence n’est pas souhaitée, dit drone assaillant, mais l’invention s’applique à tout aéronef à partir duquel on souhaite intercepter tout objet en vol.
Il existe aujourd’hui des solutions fonctionnelles qui permettent de neutraliser un drone assaillant telles que les armes à feu conventionnelles, le brouillage et/ou le hacking qui consiste à prendre le contrôle radio du drone. Toutefois, ces solutions s’avèrent être coûteuses, difficiles à mettre en œuvre et contournables. La neutralisation mécanique à base de filet ou membrane semble être la solution la plus efficace à moindre coût.
L’utilisation d’un drone embarquant le filet augmente considérablement la portée de neutralisation qui n’est limitée que par la distance que peut parcourir le drone intercepteur. De manière générale, outre la détection bien en amont, la neutralisation via un drone intercepteur nécessite deux phases : le guidage du drone intercepteur vers la cible et le déploiement d’un dispositif d’interception de la cible. La phase de guidage dépend bien sûr des performances du drone et doit être optimisée en fonction des capacités de navigation de l’intercepteur (en termes d’accélération et de vitesse). L’ajout du dispositif de déploiement sur le drone affectant négativement ses performances, il est primordial de limiter son impact (notamment en termes de masse et de traînée). De plus, la présence d’un filet dans le dispositif de déploiement impacte fortement la probabilité de neutralisation mais la surface du filet limite également la manœuvrabilité de l’intercepteur. Le problème est donc de concevoir un dispositif d’interception composé d’un filet et tenant compte des contraintes de poids et encombrement minimaux pour être embarqué sur un micro-drone d’environ 3 kg et d’une envergure de moins d’un mètre, de surface de filet qui doit être optimisée et de la possibilité de tentatives multiples par déploiement et repliement en vol du dispositif d’interception pour retrouver des performances permettant de rattraper le drone manqué ou d’entamer une nouvelle phase de guidage vers un autre.
Différentes solutions existent. Parmi elles, on peut citer le document US 20180162529 qui porte sur un système à propulsion projetant un filet sur un drone assaillant. Le filet étant projeté, il n’est pas réutilisable en cas de tentatives multiples. En outre, la faible portée limite considérablement son usage et le filet qui retombe peut entrainer des dommages collatéraux. Le document US 9085362 décrit un dispositif d’interception comprenant un filet déployé au moyen de bras gonflables nécessitant le transport d’un réservoir de gaz. Il décrit aussi une solution de filet parachute maintenu par un câble. Cette solution n’est pas aisément rétractable et est moins efficace en termes d’interception. Le document US 2017253348 décrit un dispositif d’interception sur un drone comprenant un filet déployé sous forme de cage ou anneau au-dessus de l’objet à intercepter. Le document DE 10205003323 décrit un dispositif d’interception comprenant un filet fixé à une bague permettant de maintenir le filet déployé à la façon d’une épuisette. La position du filet n’est pas contrôlable avec précision. A cela s’ajoute une traînée permanente causée par le filet déployé dès le sol, qui limite les performances et l’autonomie du drone intercepteur.
L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un dispositif d’interception déployable et rétractable en vol, garantissant une surface d’interception maximale et impactant au minimum les performances de vol de l’intercepteur.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d’interception destiné à être fixé sur un aéronef, caractérisé en ce qu’il comprend :
- un châssis apte à être connecté à l’aéronef;
- une structure reliée au châssis ;
- une membrane fixée à la structure ;
- un actionneur de la structure ;
Avantageusement, la structure comprend deux bras articulés en leur base, une première extrémité de chacun des bras articulés étant reliée au châssis, la membrane est fixée à la structure le long des deux bras articulés, les deux bras articulés sont positionnés sensiblement parallèlement à un premier axe X et la membrane est repliée entre les deux bras articulés en configuration stockée, et au moins un des deux bras articulés s’étend selon un deuxième axe Y sécant, et préférentiellement perpendiculaire, au premier axe X en configuration déployée.
Dans un mode de réalisation, chacun des deux bras articulés comprend un premier brin mobile en rotation autour d’un troisième axe Z, distincts des premier et au deuxième axes X, Y et une pluralité de brins secondaires en série, chacun étant mobile par rapport au brin adjacent qui le précède dudit bras articulé.
Avantageusement, la structure comprend :
- une première liaison pivot autour du troisième axe Z reliant le premier brin au châssis ;
- une pluralité de liaisons pivot, chacune reliant deux brins consécutifs ;
- une première biellette s’étendant entre le châssis et une extrémité distale du premier brin ;
- une pluralité de biellettes secondaires s’étendant sensiblement parallèlement à un brin secondaire entre l’extrémité distale du brin précédant ledit brin secondaire et une extrémité proximale du brin suivant ledit brin secondaire ;
- chacune des biellettes étant reliée en ses extrémités par deux liaisons pivot.
Avantageusement, la structure comprend en outre une deux pivots de rotulage aux extrémités de la première biellette.
Dans un autre mode de réalisation, les deux bras articulés sont télescopiques, et chaque brin secondaire de la pluralité de brins secondaires d’un bras articulé est mobile en translation par rapport au brin adjacent qui le précède dudit bras articulé.
Avantageusement, la membrane est fixée à la structure de manière amovible.
Avantageusement, la membrane est ajourée, préférentiellement un filet.
L’invention concerne aussi un aéronef comprenant un dispositif d’interception tel que décrit précédemment, préférentiellement un drone.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
Sur ces figures, dans un souci de clarté, les échelles ne sont pas respectées. Par ailleurs, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
La figure 1 représente schématiquement un aéronef 11, par exemple un drone représenté en vol, avec ses hélices 17, comprenant un dispositif d’interception 10 selon l’invention. Le dispositif d’interception 10 est destiné à être fixé sur un aéronef 11. Il est considéré que l’aéronef 11 a une direction 16 privilégiée de déplacement. Selon l’invention, le dispositif d’interception 10 comprend un châssis 12 apte à être connecté à l’aéronef 11, une structure 13 reliée au châssis 12, une membrane 14 fixée à la structure 13 et un actionneur 15 de la structure 13. L’actionneur 15 peut par exemple être un servomoteur. Le dispositif d’interception 10 est apte à passer, par actionnement de l’actionneur 15, d’une configuration stockée dans laquelle la membrane 14 est repliée, à une configuration déployée dans laquelle la membrane 14 est déployée, et inversement. Autrement dit, la structure 13 supportant la membrane 14 peut, à partir de sa configuration stockée, se déployer, puis, à partir de sa configuration déployée, se replier en configuration stockée. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse car elle permet, dans le cas où la cible est manquée ou s’il est décidé de ne plus rejoindre la cible, de rétracter le dispositif d’interception 11 et ainsi de lui permettre de retrouver sa pleine manœuvrabilité. En outre, le drone avec son dispositif d’interception ainsi rétracté peut prévoir d’intervenir à nouveau si besoin.
Le châssis 12 est la seule interface mécanique entre le dispositif d’interception 10 et l’aéronef 11. Le dispositif d’interception peut donc être facilement adapté à n’importe quel drone ou plus généralement à n’importe quel aéronef.
La figure 2 représente schématiquement un dispositif d’interception 10 en configuration déployée selon l’invention. La structure 13 comprend deux bras articulés 21, 22 en leur base, au niveau du châssis 12. Une première extrémité 23, 24 de chacun des bras articulés 21, 22 est reliée au châssis 12. La membrane 14 est fixée à la structure 13 le long des deux bras articulés 21, 22. Les deux bras articulés 21, 22 sont positionnés sensiblement parallèlement à un premier axe X parallèle à la direction 16 privilégiée et la membrane 14 est repliée entre les deux bras articulés 21, 22 en configuration stockée. En configuration déployée, au moins un des deux bras articulés 21, 22 s’établit dans un plan sensiblement perpendiculaire au premier axe X. En d’autres termes, au moins un des deux bras articulés 21, 22 s’étend selon un deuxième axe Y sécant, et préférentiellement perpendiculaire, au premier axe X. Autrement dit, au moins un des deux bras articulés 21, 22 effectue une rotation autour d’un axe sensiblement perpendiculaire au premier axe X. Avantageusement, les deux bras articulés 21, 22 s’étendent tous les deux, et préférentiellement de manière symétrique par rapport au premier axe X. L’étendue des deux bras articulés 21, 22 permet de déployer une surface de membrane 14 destinée à entrer en contact avec la cible afin de la neutraliser. La surface de membrane peut être approximativement de 1,5 m2, mais elle peut également être plus petite ou plus grande, en adaptant la longueur des bras articulés 21, 22, l’angle d’écartement entre les deux bras 21, 22 en configuration déployée et la taille de la membrane 14 elle-même.
Dans un mode de réalisation du dispositif d’interception 10, la membrane 14 est fixée à la structure 13 de manière amovible, par exemple par un système de fixations mécaniques par crochets et boucles textile, aussi connu sous le nom d’attaches tactiles ou attaches dites Velcro. Dans un autre exemple, il peut aussi s’agir d’un système de pinces fixées aux bras articulés qui maintiennent la membrane 14 et la relâchent dès qu’une pression s’exerce sur la membrane 14.
Avantageusement, la membrane 14 est ajourée. Préférentiellement, la membrane 14 est un filet. Le filet présente l’avantage d’un poids embarqué minimum et d’impacter au minimum la manœuvrabilité du drone lorsque le dispositif d’interception 10 est en configuration déployée.
Comme on peut le voir sur la figure 2, chaque bras articulé 21, 22 comprend avantageusement plusieurs brins 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44, comme il sera détaillé ci-dessous. Il faut noter que la structure 13 peut comprendre seulement un premier brin 31, 41. Le nombre de brins de chaque bras articulé est à adapter en fonction de la surface de membrane 14 que l’on souhaite pouvoir déployer.
La figure 3 représente schématiquement un bras 22 du dispositif d’interception 10 en configuration semi-déployée selon l’invention. Pour des raisons de visibilité, seul le bras 22 est représenté, et sans membrane 14. Il est évident pour un homme du métier que ce qui est décrit pour le bras 22 est adaptable au bras 21 de façon identique.
Dans ce mode de réalisation, chacun des deux bras articulés (ici le bras 22) comprend un premier brin 41 mobile en rotation autour d’un troisième axe Z, distincts des premier et au deuxième axes X, Y et une pluralité de brins secondaires 42, 43, 44 en série, chacun étant mobile par rapport au brin adjacent qui le précède dudit bras articulé 22. Le troisième axe Z peut être perpendiculaire aux premier et deuxième axes X, Y, mais pas nécessairement. Par exemple, il peut être à 10 degrés par rapport à la direction perpendiculaire aux premier et deuxième axes X, Y. Les bras se mettent en mouvement pour déployer la membrane, ce sont des systèmes articulés purement mécaniques qui suivent une cinématique d’ouverture réversible générée par l’actionneur (par exemple un moteur pour les deux bras ou un moteur par bras). En configuration déployée, lorsque l’actionneur actionne les bras en sens inverse, les bras suivent la cinématique inversée pour se rétracter en place et retrouver leur position initiale, grâce à un système spécifique de biellettes qui contraignent les brins 41, 42, 43, 44 du bras 22 en fonction de la position de l’actionneur 15. Les brins sont reliés par des liaisons pivot et forment l’armature principale du dispositif d’interception. Les brins sont avantageusement, mais non limitativement, composés de tubes en fibre de carbone et d’un raccord en plastique à chaque extrémité de brin. Les raccords peuvent être réalisés en acide poly lactique, aussi connu sous l’abréviation PLA pour son acronyme anglo-saxon Polylactic Acid, par fabrication additive mais peuvent aussi être réalisés par moulage par injection.
La structure 13 comprend donc une première liaison pivot 51 autour du troisième axe Z reliant le premier brin 41 au châssis 12. Cette liaison pivot 51 permet au bras de s’écarter de l’axe de la direction privilégiée. La structure 13 comprend une pluralité de liaisons pivot 52, 53, 54, chacune reliant deux brins consécutifs 41, 42, 43, 44. Ces liaisons pivot rendent chacun le brin suivant mobile en rotation par rapport au brin qui précède ledit brin. La structure 13 comprend une première biellette 61 s’étendant entre le châssis 12 et une extrémité distale du premier brin 41 (c’est-à-dire l’extrémité à distance du châssis12) et une pluralité de biellettes secondaires (62, 63) s’étendant sensiblement parallèlement à un brin secondaire entre l’extrémité distale du brin précédant ledit brin secondaire et une extrémité proximale (c’est-à-dire l’extrémité opposé à l’extrémité distale dudit brin) du brin suivant ledit brin secondaire, chacune des biellettes étant reliée en ses extrémités par deux liaisons pivot 71, 82 ; 72, 83 ; 73, 84. Les biellettes assurent le positionnement angulaire des brins autour de leur pivot d’attache. Elles peuvent être fabriquées de la même manière que les brins.
L’actionneur 15 est quant à lui fixé au châssis. Il requiert avantageusement un débattement de 100 degrés et un couple d’au moins 15 kg/cm. Toutefois, ces valeurs sont données à titre indicatif et peuvent être adaptées selon la configuration du dispositif d’interception.
Dans un exemple d’un mode de réalisation, le dispositif d’interception 10 peut comprendre un levier 85 encastré sur un arbre cannelé d’un servomoteur (actionneur 15). Lorsqu’il est souhaité de passer de la configuration stockée à la configuration déployée, l’actionneur 15 actionne la structure 13. Sous l’impulsion de l’actionneur 15, le levier 85 transmet le couple au brin 41 qui effectue une rotation autour de l’axe Z. La rotation du brin 41 entraine, par le biais de la biellette 61 et du raccord en extrémité proximale du brin 41, la rotation du brin 42 autour de l’axe Y2. Autrement dit, une biellette participe au positionnement angulaire du brin suivant (ici la biellette 61 participe au positionnement angulaire, c’est-à-dire au déploiement, du brin 42). Le déploiement du brin 42, c’est-à-dire la rotation du brin 42 entraine, par le biais de la biellette 62 et du raccord en extrémité proximale du brin 42, la rotation du brin 43 autour de l’axe Y3. Le déploiement du brin 43, c’est-à-dire la rotation du brin 43 entraine, par le biais de la biellette 63 et du raccord en extrémité proximale du brin 43, la rotation du brin 44 autour de l’axe Y4. En bout de bras 22, le déploiement du brin 43, c’est-à-dire la rotation du brin 43 entraine, par le biais de la biellette 63 et du raccord en extrémité proximale du brin 43, la rotation du brin 44 autour de l’axe Y4. En parallèle du brin 44, aucune biellette n’est présente car il s’agit du dernier brin du bras, il n’y a pas de brin suivant à positionner angulairement. Les rotations décrites et le déploiement des différents brins se font simultanément.
Lorsqu’il est souhaité de passer de la configuration déployée à la configuration stockée, l’actionneur 15 actionne la structure 13. Sous l’impulsion de l’actionneur 15, le levier 85 transmet le couple au brin 41 dans le sens inverse par rapport au cas du déploiement. Le brin 41 effectue une rotation autour de l’axe Z, dans le sens inverse à celui décrit précédemment, et de proche en proche, chaque brin se rétracte de façon concomitante jusqu’à l’atteinte de la configuration stockée.
Dans un autre mode de réalisation, la structure 13 peut comprendre en outre deux pivots de rotulage 81, 82 aux extrémités de la première biellette 61. Cela permet un mouvement de rotulage nécessaire au déploiement du dispositif d’interception 10. Ceci est dû au fait que les pivots du premier brin 41 ne sont pas parallèles. Toutefois, cette caractéristique n’est pas obligatoire dans la mesure où l’élasticité des brins peut permettre la compensation de ce non-parallélisme.
La figure 4 représente schématiquement une structure 13 du dispositif d’interception 10 en configuration stockée selon l’invention. Chacun des bras articulés 21, 22 est replié.
L’invention concerne aussi un autre mode de réalisation dans lequel les deux bras articulés 21, 22 sont télescopiques. Dans ce cas, chaque brin secondaire de la pluralité de brins secondaires 42, 43, 44 d’un bras articulé est mobile en translation par rapport au brin adjacent qui le précède dudit bras articulé 21, 22. En d’autres termes, les brins coulissent les uns par rapport aux autres. Un système de câble peut permettre de déplier les brins et de les rétracter les uns par rapport aux autres.
Le dispositif d’interception est rétractable en vol. Cela lui permet d’augmenter considérablement l’autonomie du système de lutte anti-drone car il supprime le besoin d’intervention humaine pour replier le dispositif. En outre, il permet d’augmenter les chances de capture en offrant plusieurs tentatives contrairement à la plupart des autres dispositifs d’interception connus de l’art antérieur et qui ne permettent qu’un seul essai d’interception. De plus, la position de la membrane est contrôlée précisément car la membrane est fixée de manière rigide aux bras. Ceci augmente les chances de capture surtout à haute vitesse et sur une cible en mouvement.
La cinématique de déploiement permet aux bras d’être rangés en position longitudinale et groupés sous le drone. Cela permet de limiter grandement la traînée générée par le dispositif d’interception lors de la phase d’approche et donc d’améliorer les performances de vol tout en augmentant l’autonomie. Il s’agit là d’un avantage conséquent par rapport aux dispositifs de l’art antérieur souvent repliés latéralement ou formant une protubérance sous le drone.
Enfin, l’invention concerne aussi un drone équipé d’un tel dispositif d’interception 10. Un tel drone peut être rendu complètement autonome en l’équipant de capteurs de positionnement pour se géolocaliser. Il peut être conçu avec une base disposée dans ou à proximité de l’espace aérien à protéger. La base peut comprendre une plateforme d’atterrissage ainsi qu’un dispositif de rechargement pour recharger la batterie du drone. La base peut avantageusement se refermer sur le drone quand celui-ci est sur sa plateforme d’atterrissage, pour le protéger des intempéries. Le drone peut être équipé d’un lien de communication pour recevoir des signaux lui indiquant la mission de capture à réaliser.
Le dispositif selon l’invention est léger (moins de 450 g), il ne génère que peu de traînée et dispose d’une faible inertie rotationnelle en configuration stockée car la masse est faible et positionnée proche du centre de gravité du drone intercepteur. Ceci minimise son impact sur les performances du drone intercepteur, qui reste alors parfaitement manœuvrable lors de la phase de guidage. A l’approche de la cible, les bras du dispositif selon l’invention s’ouvrent rapidement (en moins d’une seconde) pour déployer le filet sous le drone intercepteur. La mécanique du vol est certes alors modifiée et le drone devient moins dynamique à cause de la traînée et de l’inertie rotationnelle affectée par l’ouverture des bras, mais le dispositif d’interception étant rétractable, le drone intercepteur ne subit pas les effets négatifs du déploiement de manière irréversible. Le drone retrouve alors sa pleine manœuvrabilité et est prêt pour une nouvelle interception si besoin.
Claims (9)
- Dispositif d’interception (10) destiné à être fixé sur un aéronef (11), caractérisé en ce qu’il comprend :
- un châssis (12) apte à être connecté à l’aéronef (11) ;
- une structure (13) reliée au châssis (12) ;
- une membrane (14) fixée à la structure (13) ;
- un actionneur (15) de la structure (13) ;
- Dispositif d’interception (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure (13) comprend deux bras articulés (21, 22) en leur base, une première extrémité (23, 24) de chacun des bras articulés (21, 22) étant reliée au châssis (12), en ce que la membrane (14) est fixée à la structure (13) le long des deux bras articulés (21, 22), en ce que les deux bras articulés (21, 22) sont positionnés sensiblement parallèlement à un premier axe X et la membrane (14) est repliée entre les deux bras articulés (21, 22) en configuration stockée, et en ce qu’au moins un des deux bras articulés (21, 22) s’étend selon un deuxième axe Y sécant, et préférentiellement perpendiculaire, au premier axe X en configuration déployée.
- Dispositif d’interception (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des deux bras articulés (21, 22) comprend un premier brin (31, 41) mobile en rotation autour d’un troisième axe Z, distincts des premier et au deuxième axes X, Y et une pluralité de brins secondaires (32, 33, 34 ; 42, 43, 44) en série, chacun étant mobile par rapport au brin adjacent qui le précède dudit bras articulé (21 ; 22).
- Dispositif d’interception (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure (13) comprend :
- une première liaison pivot (51) autour du troisième axe Z reliant le premier brin (31, 41) au châssis (12) ;
- une pluralité de liaisons pivot (52, 53, 54), chacune reliant deux brins consécutifs (41, 42, 43, 44) ;
- une première biellette (61) s’étendant entre le châssis (12) et une extrémité distale du premier brin (41) :
- une pluralité de biellettes secondaires (62, 63) s’étendant sensiblement parallèlement à un brin secondaire entre l’extrémité distale du brin précédant ledit brin secondaire et une extrémité proximale du brin suivant ledit brin secondaire,
- chacune des biellettes étant reliée en ses extrémités par deux liaisons pivot (71, 82 ; 72, 83 ; 73, 84).
- Dispositif d’interception (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure (13) comprend en outre deux pivots de rotulage (81, 82) aux extrémités de la première biellette (61).
- Dispositif d’interception (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux bras articulés (21, 22) sont télescopiques, et chaque brin secondaire de la pluralité de brins secondaires (42, 43, 44) d’un bras articulé est mobile en translation par rapport au brin adjacent qui le précède dudit bras articulé (21 ; 22).
- Dispositif d’interception (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane (14) est fixée à la structure (13) de manière amovible.
- Dispositif d’interception (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la membrane (14) est ajourée, préférentiellement un filet.
- Aéronef (11) comprenant un dispositif d’interception (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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