FR3113893A1 - Aéronef à voilure tournante à stator stabilisé en lacet - Google Patents
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Abstract
Aéronef à voilure tournante comprenant un stator (10), et un rotor (20) monté en liaison pivot sur le stator (10), le rotor (20) est muni d’au moins une pale (21) entraînée en rotation par une hélice (22) positionnée à une extrémité libre de la pale (21) et mettant le rotor (20) en rotation dans un sens par rapport au stator (10) autour de l’axe pivot. Selon l’invention, le stator (10) comprend un dispositif (30) de génération d’un couple de lacet apte à générer un couple dans un sens contraire au sens de rotation du rotor (20), relié à une unité de commande (40) qui est apte à piloter le dispositif (30) de génération d’un couple de lacet en fonction d’une consigne de position du stator (10). Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention se rapporte au domaine technique de l’aéronautique, et concerne plus particulièrement un dispositif de contrôle du lacet d’un aéronef comprenant une voilure tournante.
L’invention trouve une application avantageuse dans le domaine des aéronefs sans pilote, communément appelés « drones ».
Art antérieur
L’utilisation d’une voilure tournante sur un aéronef entraîne la génération d’un couple de frottement résiduel entre la voilure tournante, dit rotor, et la cellule de l’aéronef, dit stator. Ce couple résiduel tend à entraîner le stator en rotation, et induit un mouvement de lacet.
Le cap du stator n’est alors plus maîtrisé, ce qui peut être problématique par exemple si le stator embarque un dispositif de prise de vue. En effet l’opérateur ne serait plus en mesure de cadrer le sujet à photographier ou à filmer.
Le demandeur est titulaire du brevet FR3075758 décrivant un procédé de contrôle d’un aéronef à voilure fixe ou à voilure tournante.
Dans ce document, l’aéronef à voilure tournante comprend un stator, et un rotor monté en liaison pivot sur le stator, avec le rotor muni d’au moins une pale entrainée en rotation par une hélice positionnée à une extrémité libre de la pale, et mettant le rotor en rotation dans un sens par rapport au stator autour de l’axe pivot.
Ce type d’aéronef est particulier en ce sens que la propulsion de la voilure n’est pas assurée par une motorisation placée sur le stator, comme il est habituellement l’usage dans la technique antérieure. La motorisation de l’aéronef est donc située sur la voilure elle-même. Il en découle que le stator est grandement simplifié car celui-ci peut s’affranchir des éléments de motorisation, des dispositifs de contrôle, et des éléments de stockage d’énergie alimentant l’aéronef, tous ces éléments étant embarqués par le rotor.
La liaison entre le rotor et le stator s’en trouve également simplifiée car elle ne comporte pas d’éléments de transmission de puissance mécanique. Le couple de lacet résiduel est donc très faible.
Même si ce couple de lacet résiduel est faible, il peut toutefois être intéressant de le contrecarrer, notamment dans le cas précité où le stator embarque un dispositif de prise de vues. Cependant, il n’existe aucune solution pour le type d’aéronef précité, c’est-à-dire dont le rotor est entrainé en rotation par l’intermédiaire d’hélices positionnées en bout de pales.
Il existe toutefois des solutions pour contrecarrer un couple de lacet appliquées à des aéronefs à voilure tournante classiques, c’est-à-dire dont la motorisation du rotor est embarquée sur le stator.
Par exemple, pour contrecarrer ce couple de lacet dans un aéronef à voilure tournante classique, il est bien connu de l’art antérieur d’utiliser un rotor secondaire anti lacet : ce rotor est alors rajouté à l’extrémité d’une poutre formant une queue de dérive de l’aéronef, ou bien d’utiliser un rotor secondaire portant une voilure contrarotative. Dans ces deux solutions, le moteur du rotor secondaire est facilement alimenté par l’électronique de puissance qui est déjà embarquée sur le stator.
Ainsi, en appliquant ces solutions connues, il est possible dans le type d’aéronef de la présente invention de contrecarrer ce couple de lacet en rajoutant, sur le stator, un dispositif de génération d’un couple de lacet, avec ses électroniques de puissance, de contrôle, et de communication directement embarquées sur le stator.
Cependant, cette solution ne donne pas entière satisfaction car elle implique la présence de deux signaux de commande et de réception, elle complexifie la conception et représente une augmentation substantielle de la masse de l’aéronef, ce qui est problématique dans le cas particulier des drones pour lesquels l’autonomie, qui dépend directement de la masse totale de l’aéronef, s’en trouverait réduite.
L’un des buts de l’invention est donc de concevoir un aéronef à voilure tournante dont la propulsion est sur la voilure, et dont le cap du stator est maîtrisé, tout en restant de conception légère.
À cet effet, il a été mis au point un aéronef à voilure tournante comprenant un stator, et un rotor monté en liaison pivot sur le stator, le rotor est muni d’au moins une pale entrainée en rotation par une hélice positionnée à une extrémité libre de la pale et mettant le rotor en rotation dans un sens par rapport au stator autour de l’axe pivot.
Selon l’invention, le stator comprend un dispositif de génération d’un couple de lacet apte à générer un couple dans un sens contraire au sens de rotation du rotor, relié à une unité de commande, de préférence embarquée par le rotor, qui est apte à piloter le dispositif de génération d’un couple de lacet en fonction d’une consigne de position du stator, et qui est de préférence également apte à commander et alimenter les hélices.
L’invention permet de commander la position du stator par exemple en lui imposant un cap stationnaire, auquel cas le dispositif de génération d’un couple de lacet exerce un couple strictement inverse au couple induit au stator par le rotor. Il est également possible de piloter le cap du stator, auquel cas le couple exercé par le dispositif de génération d’un couple de lacet n’est pas strictement inverse au couple induit sur le stator par le rotor, ce qui a pour effet de mettre le stator en mouvement, jusqu’à ce que le stator atteigne un cap désiré.
De manière avantageuse, lorsque le dispositif de génération d’un couple de lacet est relié à une unité de commande et d’alimentation portée par le rotor, il n’est alors pas nécessaire de rajouter une autre unité de commande qui serait portée par le stator comme dans l’art antérieur. L’invention permet alors de commander la position du stator, avec une conception simple et légère.
Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif de génération d’un couple de lacet est également apte à générer un couple dans le sens de rotation du rotor. Ainsi, le réglage du cap du stator est facilité puisque pour faire pivoter le stator dans le même sens de rotation que le rotor, au lieu d’attendre que ce soit le couple résiduel de frottement, induit au stator par le rotor, qui mette le stator en mouvement. On rappelle en effet que le couple de lacet induit par le rotor au stator est très faible, aussi le réglage du cap du stator dans cette direction serait lent et peu réactif. Un dispositif de génération d’un couple de lacet dans le sens du rotor permettra donc de réaliser la même opération plus rapidement et avec plus de précision.
Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif de génération d’un couple de lacet comprend un moteur piloté par l’unité de commande, ladite unité de commande étant reliée à des moyens de calcul de la vitesse de rotation du rotor, à des moyens de détermination de la position instantanée du stator, et à des moyens de calcul de la vitesse de rotation du moteur. L’unité de commande permet d’intégrer et d’interpréter les données issues des autres moyens qui lui sont reliés, y compris des éventuelles commandes reçues à distance par un moyen adapté telles que des radiofréquences.
Selon une forme de réalisation particulière, le moteur du dispositif de génération de couple de lacet réalise la liaison pivot entre le rotor et le stator. Le montage du rotor sur le stator est particulièrement simplifié dans ce cas puisque c’est le moteur lui-même qui assure la liaison pivot.
Selon une autre forme de réalisation particulière, le moteur du dispositif de génération de couple de lacet entraine une hélice dont la poussée génère un couple autour de l’axe pivot. Cette solution permet de minimiser la masse embarquée.
Dans cette forme de réalisation particulière, le stator comprend de préférence au moins un pied, et le moteur du dispositif de génération d’un couple de lacet est fixé sur le pied. Ainsi il est possible d’obtenir un bras de levier entre la force de poussée générée par l’hélice, et l’axe de rotation du pivot. De plus cette solution n’entraîne pas de modifications structurelles de l’aéronef et n’augmente donc que très peu sa masse. Dans cette forme de réalisation, la structure de support du moteur anti couple est directement apportée par le pied.
De préférence, le dispositif de génération de couple de lacet comprend plusieurs moteurs entraînant chacun une hélice, deux hélices au moins étant disposées de façon à générer des couples de lacet qui s’opposent. Ainsi il est possible de déplacer le stator dans les deux sens de rotation autour de l’axe du pivot. Utiliser simultanément les hélices en sens opposé mais avec des vitesses différentielles faibles permet d’obtenir un couple résultant faible, synonyme de vitesse de rotation du stator faible, facilitant ainsi le réglage fin du cap du stator.
Selon une forme de réalisation particulière, l’aéronef comprend au moins un rotor secondaire monté en liaison pivot sur le rotor, le rotor secondaire étant muni d’au moins une pale entraînée en rotation par une hélice positionnée à une extrémité libre de la pale. Multiplier le nombre de rotor permet d’augmenter la portance de l’aéronef. En particulier, utiliser des rotors contrarotatifs permet de réduire grandement le couple de frottement résiduel induit par les rotors sur le stator.
Dans cette forme de réalisation particulière, l’aéronef comprend de préférence un dispositif secondaire de génération de couple de lacet comprenant un moteur réalisant la liaison pivot entre le rotor dit principal et le rotor secondaire. Ceci permet de conserver une construction mécanique simple pour réaliser les liaisons pivots entre les rotors primaire et secondaire et le stator.
Description détaillée de l’invention
La figure 1 décrit un aéronef comprenant un stator (10) et un rotor (20). Le stator (10) permet à l’aéronef de se poser sur le sol, au moyen de pieds (11). Le nombre de pied peut être variable mais dans un mode de réalisation préféré il y en a trois. Le stator (10) peut également servir à embarquer des équipements non représentés, qui peuvent être par exemple une caméra, un appareil photo, un radar ou tout autre équipement pouvant servir par exemple à faire de l’acquisition de données. Il peut également s’agir d’un objet que l’aéronef doit transporter d’un premier lieu vers un deuxième lieu. D’autre charges à transporter peuvent être envisagés sans que cela ne sorte du cadre de l’invention.
Le rotor (20) est monté en liaison pivot sur le stator (10), c’est-à-dire qu’il tourne autour d’un axe vertical. Dans un mode de réalisation préféré cette liaison pivot est réalisée selon des moyens connus tels que des roulements à billes ou des paliers lisses par exemple, et le rotor (20) tourne librement par rapport au stator (10).
Le rotor (20) est muni d’au moins une pale (21), et dans un mode de réalisation préféré trois pales (21). Chacune des pales (21) comporte à son extrémité libre un moteur non légendé qui entraîne une hélice (22). C’est la rotation de cette hélice (22) qui met la pale (21) en mouvement et fait donc tourner le rotor (20). Lorsque la vitesse de rotation du rotor (20) est suffisante, la portance conférée par chacune des pales (21) permet alors à l’aéronef de décoller et d’entamer son vol. La vitesse de rotation du rotor (20) de l’aéronef selon l’invention est généralement de l’ordre de 2 à 4 tours par seconde.
Afin de maîtriser le mouvement de lacet du stator (10) tout en conservant une conception légère, l’aéronef comprend en outre un dispositif (30) de génération d’un couple de lacet, apte à générer un couple dans un sens contraire au sens de rotation du rotor (20). Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le dispositif (30) est monté sur un des pieds (11). Il comprend un moteur (31) et celui-ci entraîne une hélice (32). L’axe de rotation de l’hélice (32) étant sensiblement orthogonal à l’axe de rotation du pivot entre le rotor (20) et le stator (10), et l’axe de rotation de l’hélice (32) étant décalé latéralement par rapport à ce dit axe pivot, la poussée engendrée par la rotation de l’hélice (32) induit un couple de rotation du stator (10), et ce couple est contraire au couple induit par le rotor (20). Ainsi, le stator (10) n’est plus entraîné en rotation par le rotor (20) et il est possible de maintenir son cap, ou de le faire pivoter autour de l’axe pivot dans un sens contraire à celui du rotor (20).
Une unité de commande (40) non représentée est de préférence portée par le rotor (20) et pilote les hélices motorisées (22). L’unité de commande (40) pilote également le dispositif (30) de génération d’un couple de lacet en fonction des consignes de cap du stator (10). Cette unité (40) utilise notamment des informations issues de moyens de calcul de la vitesse de rotation du rotor (20), des moyens de détermination de la position instantanée du stator (10), des moyens de calcul de la vitesse de rotation du moteur (31), si cette unité (40) n’est pas en mesure de faire ces calculs elle-même, ces moyens peuvent être des capteurs embarqués par l’aéronef, par exemple des accéléromètres, des gyromètres, des magnétomètres, des capteurs GPS, des capteurs de position angulaire optiques ou magnétiques dits codeurs.
La figure 6 illustre notamment un tel codeur réalisé au moyen d’une roue dentée (41) solidaire du stator (10), et d’un capteur (42) monté sur le rotor (20). Le capteur (42) est apte à détecter les parties hautes des dents de la roue (41). Il peut par exemple être utilisé à cet effet un capteur inductif si la roue est en matériau compatible, ou un capteur optique s’il y a une différence de couleur ou de contraste entre les parties hautes et basse de la dent de la roue (41). Lorsque le rotor (20) est en rotation, les dents défilent devant le capteur (42) qui est alors apte à mesurer la vitesse de rotation et la position instantanée du stator (10) par rapport au rotor (20) :
- Si cette vitesse de rotation est différente de la vitesse de rotation du rotor (20) par rapport à un référentiel terrestre, c’est alors que le stator (10) est en mouvement de rotation par rapport à un référentiel terrestre ;
- Si la vitesse de rotation du rotor (20) par rapport à un référentiel terrestre est égale à la vitesse de rotation du stator (10) par rapport au rotor (20), c’est alors que la vitesse de rotation du stator (10) par rapport à un référentiel terrestre est nulle. Le cap du stator (10) est donc maintenu.
- Si cette vitesse de rotation est différente de la vitesse de rotation du rotor (20) par rapport à un référentiel terrestre, c’est alors que le stator (10) est en mouvement de rotation par rapport à un référentiel terrestre ;
- Si la vitesse de rotation du rotor (20) par rapport à un référentiel terrestre est égale à la vitesse de rotation du stator (10) par rapport au rotor (20), c’est alors que la vitesse de rotation du stator (10) par rapport à un référentiel terrestre est nulle. Le cap du stator (10) est donc maintenu.
En particulier, les dents de la roue (41) présentent à un endroit de la circonférence un espacement (43), celui-ci étant plus important que les autres espacements entre les autres dents. Lors du montage de l’aéronef, cet espace (43) est judicieusement repéré par rapport à un cap de référence du stator (10). Lorsque les dents de la roue défilent devant le capteur (42), cet espace (43) de longueur supérieure permet ainsi à l’unité (40) de connaître le cap exact du stator (10).
Dans un mode de réalisation préféré, les accéléromètres, gyromètres et magnétomètres sont réunis au sein d’une centrale inertielle. Ces capteurs sont disposés à différents endroits de l’aéronef afin de pouvoir connaître la vitesse de rotation exacte du rotor (20) par rapport à un référentiel terrestre, le cap du stator (10), et la vitesse de rotation du stator (10) par rapport au rotor (20).
Dans un mode de réalisation préféré, cette unité (40) envoie au moteur (31) ses commandes selon une technique de modulation de largeur d'impulsions, mais tout autre moyen adapté peut être utilisé, comme par exemple des commandes sur bus dédié type bus CAN (Controller Area Network).
L’unité de commande (40) est également apte à recevoir des consignes issues par exemple d’un automate programmable pour lequel un itinéraire à suivre par l’aéronef aurait été programmé, ou encore par un opérateur à distance pilotant l’aéronef. Dans ce cas la communication entre une télécommande manipulée par l’opérateur et l’aéronef se fait par radiofréquences, par Bluetooth, par wifi ou par tout autre moyen de communication et de fréquence adapté.
Les consignes de cap du stator (10) peuvent être des consignes de position ou de vitesse de rotation :
- dans un premier cas évident la consigne de position est de maintenir le cap du stator (10). Dans ce cas, les capteurs embarqués détectent si le stator (10) est entraîné en rotation par le rotor (20). L’unité (40) envoie alors les commandes adéquates au dispositif (30) de génération de couple de lacet, afin que celui-ci applique au stator (10) le couple nécessaire pour qu’il ne soit pas entraîné par le rotor (20). Son cap est alors maintenu ;
- Une deuxième consigne de position est celle d’atteindre un cap désiré. Dans ce cas, l’unité (40) envoie les commandes adéquates au dispositif (30) de génération de couple de lacet, afin que le stator (10) se mette en mouvement, jusqu’à ce qu’il atteigne le cap désiré ;
- Une troisième consigne est une consigne en vitesse de rotation, notamment utilisée lorsque le pilotage de l’aéronef est fait manuellement par un opérateur. Dans ce cas, l’opérateur utilise une commande à sa disposition telle qu’un potentiomètre afin que l’unité (40) commande au dispositif (30) d’appliquer un couple variable au stator (10), qui se met alors en mouvement à une vitesse de rotation variable. L’opérateur adapte la commande en fonction de la vitesse de rotation du stator (10) qu’il désire, et peut stopper cette consigne lorsque le stator (10) atteint un cap désiré.
- dans un premier cas évident la consigne de position est de maintenir le cap du stator (10). Dans ce cas, les capteurs embarqués détectent si le stator (10) est entraîné en rotation par le rotor (20). L’unité (40) envoie alors les commandes adéquates au dispositif (30) de génération de couple de lacet, afin que celui-ci applique au stator (10) le couple nécessaire pour qu’il ne soit pas entraîné par le rotor (20). Son cap est alors maintenu ;
- Une deuxième consigne de position est celle d’atteindre un cap désiré. Dans ce cas, l’unité (40) envoie les commandes adéquates au dispositif (30) de génération de couple de lacet, afin que le stator (10) se mette en mouvement, jusqu’à ce qu’il atteigne le cap désiré ;
- Une troisième consigne est une consigne en vitesse de rotation, notamment utilisée lorsque le pilotage de l’aéronef est fait manuellement par un opérateur. Dans ce cas, l’opérateur utilise une commande à sa disposition telle qu’un potentiomètre afin que l’unité (40) commande au dispositif (30) d’appliquer un couple variable au stator (10), qui se met alors en mouvement à une vitesse de rotation variable. L’opérateur adapte la commande en fonction de la vitesse de rotation du stator (10) qu’il désire, et peut stopper cette consigne lorsque le stator (10) atteint un cap désiré.
Il apparaît de ces différents types de commandes l’intérêt à ce que le dispositif (30) de génération d’un couple de lacet soit également apte à générer un couple dans le sens de rotation du rotor (20). En effet, si le dispositif (30) n’est capable de fournir un couple que dans une seule direction, alors les consignes de cap du stator (10) seraient laborieuses puisque dans le cas où on voudrait faire pivoter le stator (10) dans l’autre direction, il faudrait couper le dispositif (30) et attendre patiemment que ce soit le couple de frottement entre le rotor (20) et le stator (10) qui fasse pivoter ce dernier. Si le dispositif (30) est capable d’appliquer un couple dans les deux sens, alors le dispositif (30) permet non seulement de maintenir le cap du stator (10) afin de pallier les inconvénients précédemment cités, mais également de participer activement au pilotage de l’aéronef en permettant d’orienter le stator (10) à volonté.
Dans le mode de réalisation de la figure 1 ce résultat est atteint en disposant sur un autre pied (11) un deuxième moteur (31a) entraînant une hélice (32a). Cependant, cette hélice (32a) est disposée en sens inverse de la première hélice (32) de façon à ce que couple induit au stator (10) soit opposé. Il est également possible de disposer une multitude de moteurs entraînant des hélices sur le stator (10), bien entendu il doit y en avoir au moins deux qui sont placés dans une direction opposée.
La figure 2 illustre un mode de réalisation alternatif ou complémentaire dans lequel le moteur (31) du dispositif (30) réalise lui-même la liaison pivot entre le rotor (20) et le stator (10). De manière avantageuse, le concepteur choisira un moteur sans balais capable d’être piloté aussi bien avec des consignes de couple qu’avec des consignes de position. De tels moteurs sont disponibles dans le commerce et présentent les caractéristiques nécessaires de vitesse rotation, de couple, d’encombrement, et de dispositions de montage adaptés. Ainsi, les parties tournantes et fixes du moteur (31) présentent des moyens pour être fixés respectivement au rotor (20) et au stator (10) de l’aéronef, et ces moteurs sont équipés de la connectique nécessaire pour être raccordé à l’unité (40).
S’il n’est pas alimenté, le moteur (31) se comporte alors comme une liaison pivot normale, puisque ce moteur (31) comprend ses propres dispositifs de guidage qui sont généralement des roulements à billes. Il pourra être nécessaire dans ce mode de réalisation de renforcer lesdits dispositifs de guidage mécanique de ce moteur afin de supporter des charges dynamiques accrues dues à la rotation du rotor.
En utilisation normale d’un aéronef construit selon ce mode de réalisation, les hélices (22) situées en bout de pales entraînent le rotor (20) selon une vitesse de rotation désirée. Les capteurs embarqués par l’aéronef mesurent précisément et en temps réel la vitesse de rotation du rotor (20). L’unité (40) pilote alors le moteur (31) à une vitesse strictement égale à celle du rotor (20) mais dans un sens contraire. Ainsi, les mouvements s’annulent et le stator (10) n’est soumis à aucune rotation, ce qui permet de maintenir le cap du stator (10).
Bien entendu en fonction des consignes de cap, l’unité (40) adapte ses commandes de façon à orienter le stator (10) comme désiré.
La figure 3 illustre un mode de réalisation particulier où l’aéronef comprend un rotor secondaire (20a) à l’instar du rotor (20). Ce rotor secondaire (20a) est monté en liaison pivot avec le rotor (20). Cette construction permet de maximiser la portance de l’aéronef sans augmenter son diamètre. Ceci peut être nécessaire lorsqu’il s’agit d’embarquer des charges lourdes ou de résister à des vents importants. De manière avantageuse ce rotor secondaire (20a) tourne en sens opposé au rotor (20), de façon à ce que les couples de frottements résiduels des rotors (20, 20a) induits au stator (10) soient opposés et dans un cas idéal s’annulent. De plus, ce rotor secondaire annulera le mouvement de basculement qui pourrait être généré par un fort vent incident Toutefois les pièces mécaniques de transmission de la cinématique des liaisons pivots respectives entre les rotors (20, 20a) et le stator (10) peuvent s’user de façon différentes, et cette égalité idéale des couples induits ne saurait être durable. Le dispositif (30) de génération de couple de lacet reste donc nécessaire. Il l’est de plus pour les avantages de pilotage et de contrôle de cap du stator (10) précédemment expliqués.
Dans un mode de réalisation particulier la liaison pivot entre le rotor (20a) et le rotor (20) est réalisée au moyen d’un moteur secondaire, à l’instar d’un moteur (31) tel que précédemment décrit pour réaliser la liaison pivot entre le rotor (20) et le stator (10).
La figure 4 illustre un mode de réalisation alternatif où un stator secondaire (10a) est rajouté entre le rotor (20) et le rotor secondaire (20a). Dans ce cas, un dispositif (30b) de génération de couple de lacet est rajouté afin de réaliser la liaison pivot supplémentaire nécessaire. Ainsi disposé, l’aéronef est apte à embarquer une charge principale au niveau du stator (10), alors que le stator (10a) est apte à embarquer une charge secondaire qui peut être par exemple du matériel électronique supplémentaire ou des capteurs nécessaires.
De façon non représentée, il est également envisageable de rajouter un stator au-dessus de l’aéronef, c’est-à-dire au-dessus du rotor du (20) ou au-dessus du rotor secondaire (20a). Ceci peut être nécessaire en fonction des charges à embarquer ou des applications prévues pour l’aéronef.
La particularité d’un aéronef objet de la présente demande est que la motorisation principale est disposée au niveau du rotor (20) et non du stator (10) comme cela est généralement pratiqué dans l’art antérieur. Des réserves d’énergies et organes de commande, tels que l’unité (40), mais également des dispositifs de communication à distance, sont disposés au sein même du rotor (20). Ces éléments peuvent être disposés au niveau du moyeu (23) du rotor (20) sur lequel sont montées les pales (21), ou à l’intérieur même des pales (21). L’avantage de disposer ces éléments au niveau du rotor (20) au lieu du stator (10) est de pouvoir ainsi faciliter grandement le transport de l’énergie et des informations de commande principales de l’aéronef en direction de sa motorisation principale qui est située à l’extrémité libre des pales (21). Le concepteur fait ainsi l’économie d’un collecteur tournant lourd et complexe qui aurait dû être disposé au niveau de la liaison pivot entre le rotor (20) et le stator (10). Ce type de collecteur tournant permet, certes, de faire passer de l’énergie et des informations, mais plus la quantité d’énergie à faire passer est importante plus le collecteur est volumineux. Ensuite, plus le nombre d’informations différentes à transmettre est important plus le nombre de pistes du collecteur est important, ce qui se traduit également par un volume et une complexité du collecteur plus importants. Un tel collecteur tournant est lourd et encombrant. Pouvoir s’en passer ou utiliser un collecteur de plus petite dimension est donc un avantage important pour les performances de l’aéronef, en particulier celles liées à son autonomie de vol. De plus, un tel collecteur génère un couple de frottement important car chaque piste du collecteur comporte un balai assurant le contact électrique entre la partie fixe et la partie tournante du collecteur. Un collecteur important génère donc un couple de frottement important.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, un collecteur tournant est néanmoins nécessaire afin d’acheminer l’énergie et les informations de pilotage nécessaires depuis le rotor (20) jusqu’aux moteurs (31, 31a) qui sont sur des pieds (11) du stator (10). Toutefois, ces moteurs (31, 31a) étant de moindre puissance que la motorisation principale, et la quantité d’information pour les piloter étant restreinte, le collecteur tournant nécessaire est un modèle simple.
La figure 5 illustre un collecteur tournant (24) suffisant pour la construction d’un tel aéronef. L’économie d’énergie et d’informations à faire passer par le collecteur tournant (24) a permis au concepteur d’intégrer un collecteur (24) de dimensions réduites pour être logé dans l’épaisseur du rotor (20).
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, il est même envisageable de se dispenser de l’utilisation d’un collecteur tournant pour le fonctionnement de l’aéronef, puisqu’il est possible de ne monter aucun élément électrique ou électronique sur le stator (10). En effet, seul le moteur (31) aurait besoin d’être alimenté et piloté, ce qui peut se faire par le haut, du côté du rotor (20).
En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles. Ainsi, l’aéronef peut être adapté en termes de coût, de fonctionnalités et de performance.
Claims (10)
- Aéronef à voilure tournante comprenant un stator (10), et un rotor (20) monté en liaison pivot sur le stator (10), le rotor (20) est muni d’au moins une pale (21) entraînée en rotation par une hélice (22) positionnée à une extrémité libre de la pale (21) et mettant le rotor (20) en rotation dans un sens par rapport au stator (10) autour de l’axe pivot, caractérisé en ce que le stator (10) comprend un dispositif (30) de génération d’un couple de lacet apte à générer un couple dans un sens contraire au sens de rotation du rotor (20), relié à une unité de commande (40) qui est apte à piloter le dispositif (30) de génération d’un couple de lacet en fonction d’une consigne de position du stator (10).
- Aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif (30) de génération d’un couple de lacet est également apte à générer un couple dans le sens de rotation du rotor (10).
- Aéronef selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif (30) de génération d’un couple de lacet comprend un moteur (31) piloté par l’unité de commande (40), ladite unité de commande (40) étant reliée à des moyens de calcul de la vitesse de rotation du rotor (20), à des moyens de détermination de la position instantanée du stator (10), et à des moyens de calcul de la vitesse de rotation du moteur (31).
- Aéronef selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moteur (31) du dispositif (30) de génération de couple de lacet réalise la liaison pivot entre le rotor (20) et le stator (10).
- Aéronef selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moteur (31) du dispositif (30) de génération de couple de lacet entraîne une hélice (32) dont la poussée génère un couple autour de l’axe pivot.
- Aéronef selon la revendication 5 caractérisé en ce que le stator (10) comprend un pied (11), et le dispositif (30) de génération d’un couple de lacet est fixé sur le pied (11).
- Aéronef selon la revendication 5 caractérisé en ce que le dispositif (30) de génération de couple de lacet comprend plusieurs moteurs (31, 31a) entraînant chacun une hélice (32, 32a), deux hélices (32, 32a) au moins étant disposées de façon à générer des couples de lacet qui s’opposent.
- Aéronef selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend au moins un rotor secondaire (20a) monté en liaison pivot sur le rotor (20), le rotor secondaire (20a) étant muni d’au moins une pale (21a) entraînée en rotation par une hélice (22a) positionnée à une extrémité libre de la pale (21a).
- Aéronef selon la revendication 8 caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif secondaire (30b) de génération de couple de lacet comprenant un moteur (31b) réalisant la liaison pivot entre le rotor (20) et le rotor secondaire (20a).
- Aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rotor (20) embarque l’unité de commande (40) qui est également apte à commander et alimenter les hélices (22).
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