WO2016012695A1 - Dispositif aeroporte - Google Patents

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WO2016012695A1
WO2016012695A1 PCT/FR2015/051936 FR2015051936W WO2016012695A1 WO 2016012695 A1 WO2016012695 A1 WO 2016012695A1 FR 2015051936 W FR2015051936 W FR 2015051936W WO 2016012695 A1 WO2016012695 A1 WO 2016012695A1
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Rogelio LOZANO
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Institut Polytechnique De Grenoble
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present application relates to an airborne device for converting the kinetic energy of the wind into mechanical energy.
  • Airborne devices used to convert kinetic wind energy into mechanical energy typically include a kite or aerostat.
  • One advantage is that such airborne devices can be used at high altitudes where the winds are generally stronger and / or more regular than at lower altitudes.
  • the airborne device can be used for traction of a vehicle, for example a boat.
  • the airborne device can be used to drive an electric generator.
  • the electric generator can be carried by the airborne device or be located on the ground.
  • the airborne device then forms an airborne wind turbine that allows the conversion of the kinetic energy of the wind into electrical energy.
  • a disadvantage of airborne devices, especially when used as an airborne wind turbine, is the low efficiency, particularly in comparison with a conventional wind turbine.
  • the structure of the airborne devices can be complex and the control of the trajectory followed by the airborne device can be difficult.
  • An object of an embodiment is to overcome all or part of the disadvantages of airborne devices described above used for converting the kinetic energy of wind into mechanical energy.
  • Another object of an embodiment is to increase the efficiency of the airborne device.
  • Another object of an embodiment is that the airborne device has a simple structure.
  • Another object of an embodiment is that the trajectory followed by the airborne device can be controlled in a simple manner.
  • an embodiment provides an airborne device comprising at least three load-bearing wings and a connecting device, the wings being interconnected by first flexible cables, each wing being, in addition, connected to the connecting device by a second flexible cable, the connecting device being connected to a third flexible cable to be connected to a base, the first, second and third cables being tensioned when the airborne device is put to the wind.
  • the device does not comprise rigid reinforcement connecting the wings together.
  • the connecting device comprises a first part connected to a second part, the second cables being fixed to the first part and the third cable being fixed to the second part, the first part being adapted to pivot with respect to the second part.
  • at least one of the wings comprises at least a first actuator adapted to modify the length of the portion of one of the first cables stretched between said wing and one of the other wings.
  • At least one of the wings comprises a second actuator adapted to modify the length of the portion of the second cable stretched between said wing and the connecting device.
  • each wing is connected to at least two other wings by at least two first cables.
  • each wing comprises first actuators adapted to independently modify the lengths of the portions of said at least two first cables stretched between said wing and the other two wings.
  • the device comprises at least two pairs of wings, the two wings of each pair being interconnected by one of the first cables, each wing of each pair being connected to at least one of the wings of the other pair by another of the first cables.
  • the wingspan of each wing is between 5 m and 50 m.
  • At least one of the wings comprises an upper surface connected to a lower surface by a leading edge, a trailing edge and first and second lateral edges, the wing cord increasing and then decreasing from the first. side edge to the second side edge.
  • At least one of the first cables enters the wing by the lateral edge of the innermost wing of the airborne device when the airborne device is put to the wind.
  • the second cable enters the wing by the underside of the wing.
  • An embodiment also provides an electric power generation system, comprising a device airborne as defined above and an electric generator connected to the third cable of the airborne device.
  • One embodiment also provides a transport system, comprising an airborne device as defined above and a vehicle, in particular a boat, connected to the third cable of the airborne device.
  • Figure 1 is a perspective view, partial and schematic, of an embodiment of an airborne device
  • Figure 2 is a perspective view, partial and schematic, of an electricity generating system comprising the airborne device shown in Figure 1;
  • Figure 3 is a perspective view, partial and schematic, of a transport system comprising the airborne device shown in Figure 1;
  • Figure 4 is a top view, partial and schematic, of an embodiment of a wing of the airborne device shown in Figure 1;
  • Figures 5 and 6 are respectively a perspective view and a front view, partial and schematic, of another embodiment of a wing of the airborne device shown in Figure 1;
  • Figure 7 is a top view, partial and schematic, of another embodiment of a wing of the airborne device shown in Figure 1;
  • Figures 8 and 9 are sectional, partial and schematic views of embodiments of a cable of the airborne device shown in Figure 1.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an airborne device 10.
  • the airborne device 10 comprises at least three wings, for example from three to eight wings 12.
  • the airborne device comprises at least four wings 12.
  • the airborne device 10 comprises an even number of wings 12.
  • the wings 12 are interconnected by flexible cables.
  • a flexible cable is a cable that, under the action of an external force, can deform, including bending, without breaking or tearing.
  • each wing 12 is connected to each adjacent wing by a flexible cable 14 and is connected to the opposite wing by a flexible cable 16.
  • each wing 12 is connected to a connecting device 18 by a flexible cable 20.
  • the connecting device 18 is connected to an anchoring system, not shown, by a flexible cable 22.
  • the anchoring system may be on the ground, on a buoy, or on a ship.
  • the connecting device 18 comprises a first part 24 to which the cables 20 are fixed and connected to a second part 26 to which the cable 22 is fixed.
  • the first part 24 is adapted to pivot relative to the second part 26 around the axis of the cable 22.
  • the connecting device 18 may correspond to a swivel.
  • Each wing 12 corresponds to a supporting wing comprising a lower surface 30 connected to an upper surface 32 by a leading edge 34, a trailing edge 36, an outer lateral edge 38 facing outwardly of the device 10, and a lateral edge 40 inside, oriented towards the inside of the device 10.
  • Each wing 12 may correspond to a profiled wing, for example according to a NACA profile.
  • the cables 14 and 16 are connected substantially to the same point of the inner side edge 40.
  • the cable 20 is connected to the wing 12 at a point on the underside 30 away from the leading edge 34, the trailing edge, the outer side edge 38 and the inner side edge 40.
  • the cable 20 may be connected to the inner side edge 40.
  • the operation of the airborne device 10 is as follows. Under the action of wind, shown schematically by the arrow 42, the wings 12 move under the effect of lift forces. The centrifugal forces tend to spread the wings 12 radially, so that the cables 14 and 16 are stretched continuously. A rotation movement of the wings 12 is then obtained, which is represented in FIG. 1 by the arrow 44. The lift forces exerted on each wing 12 result in a traction of the cables 20, and therefore by a traction on the cable 22 This results in a conversion of the kinetic energy of the wind 42 into mechanical traction energy of the cable 22.
  • the cable 20 is connected to the intrados 30 so that the longitudinal axis of the wing 12 is aligned with the cable 16.
  • the wings 12 of the airborne device 10 rotate in the manner of the blades of a wind turbine on the ground.
  • the present embodiment is based on the fact that, for a conventional wind turbine on the ground, the parts of the blades, which in operation are the most effective for capturing the kinetic energy of the wind, are located near the free ends of the blades, there where the driving torque due to the wind is the highest.
  • the wings 12 are therefore located in the useful areas where the driving torque due to the wind 42 is the largest and the cables 14, 16, 20 are located in the areas where the wind-driven driving torque 42 is reduced. Therefore, the surface described by the wings 12 during their movement can be important while the airborne device has a simple structure and a reduced mass.
  • the maximum operating diameter of the airborne device 10 is between 20 m and 200 m, preferably between 100 m and 150 m.
  • the weight of the airborne device 10, not counting the cable 22, can be between 20 kg and 20 tons.
  • the rotational speed in operation of the wings can be between 1.5 and 200 revolutions per minute.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a power generation system 45 in which the cable 22 of the airborne device 10 is connected to an electric generator 46.
  • each wing 12 may comprise an electric generator comprising a turbine driven during the movement of the wing 12. The electrical energy produced can then be transmitted to the ground by the cables 20 and 22.
  • FIG 3 shows an embodiment of a transport system 47 in which the cable 22 of the airborne device 10 is connected to a vehicle 48, in this example a ship. The airborne device 10 is then used as traction means of the vehicle 48.
  • FIG. 4 is a schematic view of an embodiment of one of the wings 12 of the airborne device 10 shown in FIG. 1.
  • Each wing 12 of the airborne device 10 may have substantially the structure shown in FIG. 4.
  • the wing 12 form a partially hollow chamber and is shown schematically in Figure 4 several elements arranged in the internal volume of the wing 12.
  • the wing 12 is, for example, made of composite materials.
  • the cables 14, 16, 20 may be made of synthetic fibers, in particular the product marketed under the name Kevlar.
  • the longitudinal axis D of the wing is called an axis perpendicular to the two most distant parallel planes, one of which is tangential to the outer lateral edge 38 and the other tangential to the inner lateral edge 40.
  • the wingspan E of the wing 12 is the distance between these planes.
  • the span E is between 5 m and 50 m, preferably between 25 m and 35 m.
  • the wing rope 12, measured in a plane perpendicular to the longitudinal axis D, is not constant along the axis D.
  • the rope increases from the inner side edge 40 to a maximum chord and then decreases to the outer side edge 38.
  • the maximum chord is between 0.25 m and 5 m, preferably between 1.25 m and 3.5 m.
  • the maximum cord is located substantially between 10% and 45%, preferably between 15% and 30%, of the span from the inner side edge 40. At 50% of the span from the inner side edge 40, the ratio between the rope and the maximum rope is between 60% and 100%, preferably between 70% and 90%. The maximum thickness between the upper surface and the lower surface is between 7% and 25% of the value of the rope at this location, preferably between 8% and 15% of the value of the rope at this location.
  • Each cable 14, 16, 20 has a mean diameter of between 5 mm and 10 cm.
  • a leading edge arrow, F 1 is the angle between the axis D and a plane tangent to the leading edge 34.
  • the arrow is positive when the angle, oriented from the axis D to the tangent plane , is counter-clockwise when looking at the extrados of the wing and negative in the opposite case.
  • the arrow of the leading edge F 1 varies along the axis D of the inner lateral edge 40 to the outer lateral edge 38.
  • the arrow of the leading edge F 1 is successively, by moving away from the inner lateral edge 40 along the negative axis D and decreasing in absolute value as one moves away from the inner lateral edge 40 along the axis
  • the leading edge arrow 34 is between - 20 degrees and 5 degrees, and 60% of the span from the inner side edge 40, the leading edge arrow 34 is between 0 degrees and 10 degrees.
  • the trailing edge arrow, Fp is the angle between a plane tangent to the trailing edge and the axis D. According to one embodiment, the trailing edge arrow Fp varies along the axis D of the edge. lateral side 40 to the outer lateral edge 38.
  • the arrow of the trailing edge Fp is successively, moving away from the inner lateral edge 40 along the axis D, positive, zero, negative, zero and positive.
  • the trailing edge arrow Fp is between 30 degrees and 0 degrees, and at 60% of the span from the inner side edge 40 , the trailing edge arrow Fp is between -10 degrees and 10 degrees.
  • the wing 12 may comprise a twisting, that is to say that the angle between the rope and a reference plane, or wedging angle, may vary along the axis D.
  • Wing 12 includes:
  • control module 50 comprising for example a processor
  • sensors 52 connected to the control module 50, for example a speed sensor, a position sensor of the wing, for example a GPS location system (acronym for Global Positioning System), gyroscopes, accelerometers, a Pitot tube, magnetometers and a barometer;
  • actuators 53, 54, 55, 56 each actuator 53, 54, 55, 56 being controlled by the control module 50 and being connected to one of the cables 14, 16, 20;
  • a remote communication module 59 connected to the control module 50;
  • an accumulator battery 60 for supplying the control module 50, actuators 53, 54, 55, 56 and actuating motors of the fins 57, 58.
  • the battery 60 may be replaced by an electric generator.
  • the electrical power for supplying the control module 50, the motors 54 for actuating the cables 14, 16, 20 and the actuating motors for the fins 57, 58 can be brought to each wing via the cables 20 and 22.
  • Each actuator 53, 54, 55, 56 is adapted to modify the length of the stretched portion of the cable 14, 16 or 20 outside the wing 12.
  • each actuator 53, 54, 55, 56 is adapted to unroll or wind the cable 14, 16, 20 to which it is connected. The length of the portion of each cable 14, 16 extending between two flanges 12 and the length of the portion of each cable 20 extending between a flange 12 and the connecting device 18 can thus be modified.
  • the control module 50 of each wing 12 is adapted to exchange signals remotely, via the communication module 59, with the control modules 50 of the other wings 12, for example by a method of remote data transmission. of the high frequency type.
  • the control module 50 of each wing 12 may, furthermore, be adapted to exchange signals remotely, via the communication module 59, with a station on the ground.
  • each wing 12 The control of the incidence of each wing 12 is achieved by the control mode 50 by modifying the inclination of the fins 57, 58 and by modifying the length of the portions of the cables 14, 16 and 20 stretched in operation between the wings 12 or between the wings 12 and the connecting device 18.
  • the incidence of each wing 12 can be modified cyclically during a revolution of the wing 12.
  • the operation of the electric generator 46 may comprise an alternation of first and second phases. In each first phase, the impacts of the wings 12 are controlled to increase the traction forces exerted by the airborne device 10, the airborne device 10 away from the electric generator
  • the impacts of the wings 12 are controlled to reduce the tensile forces exerted by the airborne device 10 on the cable 22 so as to bring the airborne device 10 of the generator 46 by spending a minimum of energy.
  • the tensioned portions of the cables 14, 16, 20 between the flanges 12 or between the flanges 12 and the connecting device 18 may initially be reduced to reduce the size of the airborne device 10.
  • Figures 5 and 6 show another embodiment of the wing 12 wherein the wing 12 further comprises two fins 62 which may each comprise a movable flap 64.
  • the first fin 62 projects projecting from the extrados 32 and the second drift 62 is projected from the underside 30.
  • the actuation of the movable flap 64 of each fin 62 is controlled by the control module 50.
  • the actuation of the movable flap 64 allows in particular to control the lateral position of the airborne device 10 with respect to the wind 42.
  • Each wing 12 may be provided with a propulsion system. Before launching the airborne device 10, the wings 12 may be arranged on a support and the lengths of the cables 14, 16 and 20 may be reduced. The propulsion system of each wing 12 can be actuated. This causes the tensioning of the cables 14, 16 and the rotation of the wings 12. Under the action of the lift forces, the airborne device 10 rises in the air. The lengths of the cables 14, 16, 20 can be progressively increased as the altitude of the airborne device 10 increases until the airborne device 10 reaches the desired altitude. As soon as the airborne device 10 is exposed to a wind sufficient to maintain the altitude and rotation of the airborne device 10, the propulsion systems of the wings 12 can be deactivated. The propulsion systems can, in addition, be operated in flight, while the airborne device 10 is at its operating altitude, when the power of the wind 42 is not sufficient to maintain the airborne device 10 at this altitude.
  • FIG. 7 represents an embodiment of the wing 12 in which the propulsion system of the wing comprises a motorized propeller 70 which projects from the leading edge 34 of the wing towards the front of the wing in the direction of rotation of the wing 12 in operation.
  • the motorized propeller 70 can be controlled by the control module 50 or can be remotely controlled from a ground station.
  • An advantage of the use of a motorized propeller is that it allows, in addition, to move the center of gravity of the wing 12 forward in the direction of rotation of the wing 12 in operation. This may be advantageous for improving the stability of the wing.
  • the propeller 70 can be removable and folded, at least in part, in the wing 12 when it is not used.
  • the propulsion system may comprise a jet engine, including a rocket engine or a propulsion system with compressed air.
  • Each wing 12 may further comprise a landing gear, not shown, which allows the movement of the wing 12 to the ground.
  • the landing gear can be removable so as to be folded, at least in part, into the wing 12 when not in use.
  • FIG. 8 shows an embodiment in which each cable 14, 16, 20 or 22 or at least one of the cables 14, 16, 20 or 22 has a profiled section including a leading edge 72 and a trailing edge 74 thinned. This allows in particular to reduce the drag of the cable.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which each cable 14, 16, 20 or 22 or at least one of the cables 14, 16 or 30 further comprises a core 76 contained in a profiled envelope 78.
  • the core 76 may be in a first material and the envelope 78 may be in a second material, the density of the first material being greater than the density of the second material. This allows to bring the center of gravity of the cable towards the leading edge and thus improve the aerodynamic stability of the cable.
  • the airborne device 10 can both comprise a propulsion system, such as the propeller 70 shown in FIG. 7, cables 14, 16, 20 shaped as shown in FIGS. 8 and 9, and a train of landing.
  • a propulsion system such as the propeller 70 shown in FIG. 7, cables 14, 16, 20 shaped as shown in FIGS. 8 and 9, and a train of landing.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif aéroporté (10) comprenant au moins trois ailes portantes (12) et un dispositif de liaison (18), les ailes étant reliées entre elles par des premiers câbles flexibles (16), chaque aile étant, en outre, reliée au dispositif de liaison (18) par un deuxième câble flexible (20), le dispositif de liaison étant relié à un troisième câble flexible (22) destiné à être relié à une base (46, 48), les premiers, deuxièmes et troisième câbles étant tendus lorsque le dispositif aéroporté est mis au vent.

Description

DISPOSITIF AEROPORTE
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français FR14/57001 qui sera considérée comme faisant partie intégrante de la présente description.
Domaine
La présente demande concerne un dispositif aéroporté pour la conversion de l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique .
Exposé de 1 ' art antérieur
Les dispositifs aéroportés utilisés pour la conversion de l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique comprennent généralement un cerf-volant ou un aérostat. Un avantage est que de tels dispositifs aéroportés peuvent être utilisés à des altitudes élevées où les vents sont généralement plus puissants et/ou plus réguliers qu'à des altitudes plus faibles.
Le dispositif aéroporté peut être utilisé pour la traction d'un véhicule, par exemple un bateau. Le dispositif aéroporté peut être utilisé pour entraîner un générateur électrique. Le générateur électrique peut être porté par le dispositif aéroporté ou être situé au sol. Le dispositif aéroporté forme alors une éolienne aéroportée qui permet la conversion de l'énergie cinétique du vent en énergie électrique. Un inconvénient des dispositifs aéroportés, notamment lorsqu'ils sont utilisés comme éolienne aéroportée, est le faible rendement, en particulier en comparaison avec une éolienne classique. En outre, la structure des dispositifs aéroportés peut être complexe et la commande de la trajectoire suivie par le dispositif aéroporté peut être difficile.
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation vise à pallier tout ou partie des inconvénients des dispositifs aéroportés décrits précédemment utilisés pour la conversion de l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique.
Un autre objet d'un mode de réalisation est d'augmenter le rendement du dispositif aéroporté.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que le dispositif aéroporté a une structure simple.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que la trajectoire suivie par le dispositif aéroporté peut être commandée de façon simple.
Dans ce but, un mode de réalisation prévoit un dispositif aéroporté comprenant au moins trois ailes portantes et un dispositif de liaison, les ailes étant reliées entre elles par des premiers câbles flexibles, chaque aile étant, en outre, reliée au dispositif de liaison par un deuxième câble flexible, le dispositif de liaison étant relié à un troisième câble flexible destiné à être relié à une base, les premiers, deuxièmes et troisième câbles étant tendus lorsque le dispositif aéroporté est mis au vent.
Selon un mode de réalisation, le dispositif ne comprend pas d'armature rigide reliant les ailes entre elles.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de liaison comprend une première partie reliée à une deuxième partie, les deuxième câbles étant fixés à la première partie et le troisième câble étant fixé à la deuxième partie, la première partie étant adaptée à pivoter par rapport à la deuxième partie. Selon un mode de réalisation, au moins l'une des ailes comprend au moins un premier actionneur adapté à modifier la longueur de la portion de l'un des premiers câbles tendue entre ladite aile et l'une des autres ailes.
Selon un mode de réalisation, au moins l'une des ailes comprend un deuxième actionneur adapté à modifier la longueur de la portion du deuxième câble tendue entre ladite aile et le dispositif de liaison.
Selon un mode de réalisation, chaque aile est reliée à au moins deux autres ailes par au moins deux premiers câbles.
Selon un mode de réalisation, chaque aile comprend des premiers actionneurs adaptés à modifier indépendamment les longueurs des portions desdits au moins deux premiers câbles tendues entre ladite aile et les deux autres ailes.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend au moins deux paires d'ailes, les deux ailes de chaque paire étant reliées entre elles par l'un des premiers câbles, chaque aile de chaque paire étant reliée à au moins l'une des ailes de l'autre paire par un autre des premiers câbles.
Selon un mode de réalisation, l'envergure de chaque aile est comprise entre 5 m et 50 m.
Selon un mode de réalisation, au moins l'une des ailes comprend un extrados relié à un intrados par un bord d'attaque, un bord de fuite et des premier et deuxième bords latéraux, la corde de l'aile augmentant puis diminuant du premier bord latéral vers le deuxième bord latéral .
Selon un mode de réalisation, pour chaque aile, au moins l'un des premiers câbles pénètre dans l'aile par le bord latéral de l'aile le plus à l'intérieur du dispositif aéroporté lorsque le dispositif aéroporté est mis au vent.
Selon un mode de réalisation, pour chaque aile, le deuxième câble pénètre dans l'aile par l'intrados de l'aile.
Un mode de réalisation prévoit également un système de production d'énergie électrique, comprenant un dispositif aéroporté tel que défini précédemment et un générateur électrique relié au troisième câble du dispositif aéroporté.
Un mode de réalisation prévoit également un système de transport, comprenant un dispositif aéroporté tel que défini précédemment et un véhicule, notamment un bateau, relié au troisième câble du dispositif aéroporté.
Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un dispositif aéroporté ;
la figure 2 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un système de génération d'électricité comprenant le dispositif aéroporté représenté en figure 1 ;
la figure 3 est une vue en perspective, partielle et schématique, d'un système de transport comprenant le dispositif aéroporté représenté en figure 1 ;
la figure 4 est une vue de dessus, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'une aile du dispositif aéroporté représenté en figure 1 ;
les figures 5 et 6 sont respectivement une vue en perspective et une vue de face, partielles et schématiques, d'un autre mode de réalisation d'une aile du dispositif aéroporté représenté en figure 1 ;
la figure 7 est une vue de dessus, partielle et schématique, d'un autre mode de réalisation d'une aile du dispositif aéroporté représenté en figure 1 ; et
les figures 8 et 9 sont des vues avec coupe, partielles et schématiques, de modes de réalisation d'un câble du dispositif aéroporté représenté en figure 1.
Description détaillée
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les termes "sensiblement", "environ", "approximativement" et "de l'ordre de" signifient "à 10 % près".
La figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif aéroporté 10. Le dispositif aéroporté 10 comprend au moins trois ailes, par exemple de trois à huit ailes 12. De préférence, le dispositif aéroporté comprend au moins quatre ailes 12. De façon avantageuse, le dispositif aéroporté 10 comprend un nombre pair d'ailes 12. Les ailes 12 sont reliées entre elles par des câbles flexibles. Un câble flexible est un câble qui, sous l'action d'une force extérieure, peut se déformer, notamment se plier, sans se casser ou se déchirer. Il n'y a pas d'armature rigide reliant les ailes 12 entre elles. A titre d'exemple, dans le cas où le dispositif aéroporté 10 comprend quatre ailes 12, chaque aile 12 est reliée à chaque aile adjacente par un câble flexible 14 et est reliée à l'aile opposée par un câble flexible 16. En outre, chaque aile 12 est reliée à un dispositif de liaison 18 par un câble flexible 20. Le dispositif de liaison 18 est relié à un système d'ancrage, non représenté, par un câble flexible 22.
Selon l'application envisagée, le système d'ancrage peut être au sol, sur une bouée, ou sur un navire. Selon un mode de réalisation, le dispositif de liaison 18 comprend une première partie 24 à laquelle sont fixés les câbles 20 et reliée à une deuxième partie 26 à laquelle est fixé le câble 22. La première partie 24 est adaptée à pivoter par rapport à la deuxième partie 26 autour de l'axe du câble 22. Le dispositif de liaison 18 peut correspondre à un émerillon.
Chaque aile 12 correspond à une aile portante comprenant un intrados 30 relié à un extrados 32 par un bord d'attaque 34, un bord de fuite 36, un bord latéral extérieur 38, orienté vers l'extérieur du dispositif 10, et un bord latéral intérieur 40, orienté vers l'intérieur du dispositif 10. Chaque aile 12 peut correspondre à une aile profilée, par exemple selon un profil NACA. Selon un mode de réalisation, pour chaque aile 12, le ou les câbles 14 et 16 sont reliés sensiblement au même point du bord latéral intérieur 40. Selon un mode de réalisation, pour chaque aile 12, le câble 20 est relié à l'aile 12 en un point de l'intrados 30 à distance du bord d'attaque 34, du bord de fuite, du bord latéral extérieur 38 et du bord latéral intérieur 40. A titre de variante, le câble 20 peut être relié au bord latéral intérieur 40.
Le fonctionnement du dispositif aéroporté 10 est le suivant. Sous l'action du vent, représenté schématiquement par la flèche 42, les ailes 12 se déplacent sous l'effet des forces de portance. Les forces centrifuges tendent à écarter les ailes 12 radialement, de sorte que les câbles 14 et 16 sont tendus en permanence. Un mouvement de rotation des ailes 12 est alors obtenu, ce qui est représenté en figure 1 par la flèche 44. Les efforts de portance exercés sur chaque aile 12 se traduisent par une traction des câbles 20, et donc par une traction sur le câble 22. On obtient ainsi une conversion de l'énergie cinétique du vent 42 en énergie mécanique de traction du câble 22. De préférence, le câble 20 est relié à l'intrados 30 pour que l'axe longitudinal de l'aile 12 soit aligné avec le câble 16.
Les ailes 12 du dispositif aéroporté 10 tournent à la manière des pales d'une éolienne au sol. Le présent mode de réalisation est basé sur le fait que, pour une éolienne classique au sol, les parties des pales, qui en fonctionnement sont le plus efficaces pour capter l'énergie cinétique du vent, sont situées près des extrémités libres des pales, là où le couple d'entraînement dû au vent est le plus élevé. Les ailes 12 sont donc situées dans les zones utiles où le couple d'entraînement dû au vent 42 est le plus important et les câbles 14, 16, 20 sont situés dans les zones où le couple d'entraînement dû au vent 42 est réduit. De ce fait, la surface décrite par les ailes 12 au cours de leur mouvement peut être importante alors que le dispositif aéroporté a une structure simple et une masse réduite. De préférence, le diamètre maximal en fonctionnement du dispositif aéroporté 10 est compris entre 20 m et 200 m, de préférence entre 100 m et 150 m. Le poids du dispositif aéroporté 10, sans compter le câble 22, peut être compris entre 20 kg et 20 tonnes. La vitesse de rotation en fonctionnement des ailes peut être comprise entre 1,5 et 200 tours par minute.
La figure 2 représente un mode de réalisation d'un système de production d'électricité 45 dans lequel le câble 22 du dispositif aéroporté 10 est relié à un générateur électrique 46. A titre de variante, chaque aile 12 peut comprendre un générateur électrique comprenant une turbine entraînée lors du déplacement de l'aile 12. L'énergie électrique produite peut alors être transmise au sol par les câbles 20 et 22.
La figure 3 représente un mode de réalisation d'un système de transport 47 dans lequel le câble 22 du dispositif aéroporté 10 est relié à un véhicule 48, dans le présent exemple un navire. Le dispositif aéroporté 10 est alors utilisé comme moyen de traction du véhicule 48.
La figure 4 est une vue schématique d'un mode de réalisation de l'une des ailes 12 du dispositif aéroporté 10 représenté en figure 1. Chaque aile 12 du dispositif aéroporté 10 peut avoir sensiblement la structure représentée en figure 4. L'aile 12 forme une enceinte partiellement creuse et on a représenté de façon schématique en figure 4 plusieurs éléments disposés dans le volume interne de l'aile 12. L'aile 12 est, par exemple, réalisée en matériaux composites. Les câbles 14, 16, 20 peuvent être réalisés en fibres synthétiques, notamment le produit commercialisé sous l'appellation kevlar.
Dans la suite de la description, on appelle axe longitudinal D de l'aile un axe perpendiculaire aux deux plans parallèles les plus éloignés dont l'un est tangent au bord latéral extérieur 38 et l'autre est tangent au bord latéral intérieur 40. L'envergure E de l'aile 12 est la distance entre ces plans. L'envergure E est comprise entre 5 m et 50 m, de préférence entre 25 m et 35 m. La corde de l'aile 12, mesurée dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal D, n'est pas constante le long de l'axe D. La corde augmente depuis le bord latéral intérieur 40 jusqu'à une corde maximale puis diminue jusqu'au bord latéral extérieur 38. La corde maximale est comprise entre 0,25 m et 5 m, de préférence entre 1,25 m et 3,5 m. La corde maximale est située sensiblement entre 10 % et 45 %, de préférence entre 15 % et 30 %, de l'envergure depuis le bord latéral intérieur 40. A 50 % de l'envergure depuis le bord latéral intérieur 40, le rapport entre la corde et la corde maximale est compris entre 60 % et 100 %, de préférence entre 70 % et 90 %. L'épaisseur maximale entre l'extrados et l'intrados est comprise entre 7 % et 25 % de la valeur de la corde à cet endroit, de préférence entre 8 % et 15 % de la valeur de la corde à cet endroit. Chaque câble 14, 16, 20 a un diamètre moyen compris entre 5 mm et 10 cm.
On appelle flèche de bord d'attaque, F^, l'angle entre l'axe D et un plan tangent au bord d'attaque 34. La flèche est positive lorsque l'angle, orienté de l'axe D vers le plan tangent, est dans le sens antihoraire lorsqu'on regarde l'extrados de l'aile et négative dans le cas contraire. Selon un mode de réalisation, la flèche du bord d'attaque F^ varie le long de l'axe D du bord latéral intérieur 40 au bord latéral extérieur 38. Selon un mode de réalisation, la flèche du bord d'attaque F^ est successivement, en s 'éloignant du bord latéral intérieur 40 selon 1 ' axe D, négative et diminue en valeur absolue au fur et à mesure que l'on s'éloigne du bord latéral intérieur 40 le long de l'axe
D, s'annule puis est positive et augmente jusqu'au bord latéral extérieur 38. Selon un mode de réalisation, à 20 % de l'envergure depuis le bord latéral intérieur 40, la flèche du bord d'attaque 34 est comprise entre -20 degrés et 5 degrés, et à 60 % de l'envergure depuis le bord latéral intérieur 40, la flèche du bord d'attaque 34 est comprise entre 0 degrés et 10 degrés. On appelle flèche de bord de fuite, Fp, l'angle entre un plan tangent au bord de fuite et l'axe D. Selon un mode de réalisation, la flèche du bord de fuite Fp varie le long de 1 ' axe D du bord latéral intérieur 40 au bord latéral extérieur 38. Selon un mode de réalisation, la flèche du bord de fuite Fp est successivement, en s 'éloignant du bord latéral intérieur 40 selon l'axe D, positive, nulle, négative, nulle et positive. Selon un mode de réalisation, à 20 % de l'envergure depuis le bord latéral intérieur 40, la flèche du bord de fuite Fp est comprise entre 30 degrés et 0 degrés, et à 60 % de l'envergure depuis le bord latéral intérieur 40, la flèche du bord de fuite Fp est comprise entre -10 degrés et 10 degrés.
L'aile 12 peut comprendre un vrillage, c'est-à-dire que l'angle entre la corde et un plan de référence, ou angle de calage, peut varier le long de l'axe D.
L'aile 12 comprend :
un module de commande 50, comprenant par exemple un processeur ;
des capteurs 52, reliés au module de commande 50, par exemple un capteur de vitesse, un capteur de position de l'aile, par exemple un système de localisation GPS (acronyme anglais pour Global Positioning System) , des gyroscopes, des accéléromètres, un tube de Pitot, des magnétomètres et un baromètre ;
des actionneurs 53, 54, 55, 56, chaque actionneur 53, 54, 55, 56 étant commandé par le module de commande 50 et étant relié à l'un des câbles 14, 16, 20 ;
au moins un aileron mobile de bord de fuite, deux ailerons mobiles 57, 58 étant représentés en figure 4 ;
un module de communication à distance 59 relié au module de commande 50 ; et
une batterie d'accumulateurs 60 pour l'alimentation du module de commande 50, des actionneurs 53, 54, 55, 56 et des moteurs d' actionnement des ailerons 57, 58.
A titre de variante, la batterie 60 peut être remplacée par un générateur électrique. A titre de variante, l'énergie électrique pour l'alimentation du module de commande 50, des moteurs 54 d' actionnement des câbles 14, 16, 20 et des moteurs d' actionnement des ailerons 57, 58 peut être amenée à chaque aile via les câbles 20 et 22. Chaque actionneur 53, 54, 55, 56 est adapté à modifier la longueur de la portion tendue du câble 14, 16 ou 20 à l'extérieur de l'aile 12. A titre d'exemple, chaque actionneur 53, 54, 55, 56 est adapté à dérouler ou enrouler le câble 14, 16, 20 auquel il est relié. La longueur de la portion de chaque câble 14, 16 s 'étendant entre deux ailes 12 et la longueur de la portion de chaque câble 20 s 'étendant entre une aile 12 et le dispositif de liaison 18 peut ainsi être modifiée.
Le module de commande 50 de chaque aile 12 est adapté à échanger des signaux à distance, par l'intermédiaire du module de communication 59, avec les modules de commande 50 des autres ailes 12, par exemple selon un procédé de transmission à distance de données du type à haute fréquence. Le module de commande 50 de chaque aile 12 peut, en outre, être adapté à échanger des signaux à distance, par l'intermédiaire du module de communication 59, avec une station au sol.
La commande de l'incidence de chaque aile 12 est réalisée par le mode de commande 50 en modifiant l'inclinaison des ailerons 57, 58 et en modifiant la longueur des portions des câbles 14, 16 et 20 tendues en fonctionnement entre les ailes 12 ou entre les ailes 12 et le dispositif de liaison 18. Selon un mode de réalisation, l'incidence de chaque aile 12 peut être modifiée de façon cyclique au cours d'une révolution de l'aile 12. Selon un autre mode de réalisation, dans le cas où le dispositif aéroporté 10 est relié à un générateur électrique 46, le fonctionnement du générateur électrique 46 peut comprendre une alternance de premières et deuxièmes phases. Dans chaque première phase, les incidences des ailes 12 sont commandées pour augmenter les efforts de traction exercés par le dispositif aéroporté 10, le dispositif aéroporté 10 s 'éloignant du générateur électrique
46. Dans chaque deuxième phase, les incidences des ailes 12 sont commandées pour réduire les efforts de traction exercés par le dispositif aéroporté 10 sur le câble 22 de façon à pouvoir rapprocher le dispositif aéroporté 10 du générateur 46 en dépensant un minimum d'énergie. En outre, lorsque le dispositif aéroporté 10 est élevé du sol jusqu'à une altitude de fonctionnement, les parties tendues des câbles 14, 16, 20 entre les ailes 12 ou entre les ailes 12 et le dispositif de liaison 18 peuvent initialement être réduites pour diminuer l'encombrement du dispositif aéroporté 10.
Les figures 5 et 6 représentent un autre mode de réalisation de l'aile 12 dans lequel l'aile 12 comprend, en outre, deux dérives 62 qui peuvent comprendre chacune un volet mobile 64. La première dérive 62 se projette en saillie depuis l'extrados 32 et la deuxième dérive 62 se projette depuis l'intrados 30. L ' actionnement du volet mobile 64 de chaque dérive 62 est commandé par le module de commande 50. L ' actionnement du volet mobile 64 permet notamment de commander la position latérale du dispositif aéroporté 10 par rapport au vent 42.
Chaque aile 12 peut être munie d'un système de propulsion. Avant le lancement du dispositif aéroporté 10, les ailes 12 peuvent être disposées sur un support et les longueurs des câbles 14, 16 et 20 peuvent être réduites. Le système de propulsion de chaque aile 12 peut être actionné. Ceci entraîne la mise en tension des câbles 14, 16 et la mise en rotation des ailes 12. Sous l'action des efforts de portance, le dispositif aéroporté 10 s'élève dans les airs. Les longueurs des câbles 14, 16, 20 peuvent être progressivement augmentées au fur et à mesure que l'altitude du dispositif aéroporté 10 augmente jusqu'à ce que le dispositif aéroporté 10 atteigne l'altitude souhaitée. Dès que le dispositif aéroporté 10 est exposé à un vent suffisant pour assurer le maintien en altitude et en rotation du dispositif aéroporté 10, les systèmes de propulsion des ailes 12 peuvent être désactivés. Les systèmes de propulsion peuvent, en outre, être actionnés en vol, alors que le dispositif aéroporté 10 est à son altitude de fonctionnement, lorsque la puissance du vent 42 n'est pas suffisante pour maintenir le dispositif aéroporté 10 à cette altitude .
La figure 7 représente un mode de réalisation de l'aile 12 dans lequel le système de propulsion de l'aile comprend une hélice motorisée 70 qui se projette depuis le bord d'attaque 34 de l'aile vers l'avant de l'aile selon le sens de rotation de l'aile 12 en fonctionnement. L'hélice motorisée 70 peut être commandée par le module de commande 50 ou peut être commandée à distance depuis une station au sol. Un avantage de l'utilisation d'une hélice motorisée est qu'elle permet, en outre, de déplacer le centre de gravité de l'aile 12 vers l'avant selon le sens de rotation de l'aile 12 en fonctionnement. Ceci peut être avantageux pour améliorer la stabilité de l'aile. Selon un mode de réalisation, l'hélice 70 peut être amovible et repliée, au moins en partie, dans l'aile 12 lorsqu'elle n'est pas utilisée. A titre de variante, le système de propulsion peut comprendre un moteur à réaction, notamment un moteur-fusée ou un système de propulsion à air comprimé.
Chaque aile 12 peut, en outre, comprendre un train d'atterrissage, non représenté, qui permet les déplacements de l'aile 12 au sol. Le train d'atterrissage peut être amovible de façon à être replié, au moins en partie, dans l'aile 12 lorsqu'il n'est pas utilisé.
La figure 8 représente un mode de réalisation dans lequel chaque câble 14, 16, 20 ou 22 ou au moins l'un des câbles 14, 16, 20 ou 22 a une section profilée comprenant un bord d'attaque 72 et un bord de fuite 74 amincie. Ceci permet notamment de réduire la traînée du câble.
La figure 9 représente un mode de réalisation dans lequel chaque câble 14, 16, 20 ou 22 ou au moins l'un des câbles 14, 16 ou 30 comprend, en outre, un noyau 76 contenu dans une enveloppe profilée 78. Le noyau 76 peut être dans un premier matériau et l'enveloppe 78 peut être dans un deuxième matériau, la masse volumique du premier matériau étant supérieure à la masse volumique du deuxième matériau. Ceci permet de rapprocher le centre de gravité du câble vers le bord d'attaque et d'améliorer ainsi la stabilité aérodynamique du câble.
Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On note que l'homme de l'art peut combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. En particulier, le dispositif aéroporté 10 peut à la fois comprendre un système de propulsion, tel que l'hélice 70 représentée en figure 7, des câbles 14, 16, 20 profilés comme cela est représenté aux figures 8 et 9 et un train d'atterrissage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif aéroporté (10) comprenant au moins trois ailes portantes (12) et un dispositif de liaison (18) , les ailes étant reliées entre elles par des premiers câbles flexibles (14, 16), chaque aile étant, en outre, reliée au dispositif de liaison (18) par un deuxième câble flexible (20) , le dispositif de liaison étant relié à un troisième câble flexible (22) destiné à être relié à une base (46, 48), les premiers, deuxièmes et troisième câbles étant tendus lorsque le dispositif aéroporté est mis au vent, dans lequel au moins l'une des ailes (12) comprend au moins un premier actionneur (53, 54) adapté à modifier la longueur de la portion de l'un des premiers câbles (16) tendue entre ladite aile et l'une des autres ailes.
2. Dispositif aéroporté selon la revendication 1, ne comprenant pas d'armature rigide reliant les ailes (12) entre elles.
3. Dispositif aéroporté selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de liaison (18) comprend une première partie (24) reliée à une deuxième partie (26), les deuxième câbles (20) étant fixés à la première partie et le troisième câble (22) étant fixé à la deuxième partie, la première partie étant adaptée à pivoter par rapport à la deuxième partie.
4. Dispositif aéroporté selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel au moins l'une des ailes (12) comprend un deuxième actionneur (56) adapté à modifier la longueur de la portion du deuxième câble (20) tendue entre ladite aile et le dispositif de liaison (18) .
5. Dispositif aéroporté selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque aile (12) est reliée à au moins deux autres ailes par au moins deux premiers câbles (14, 16) .
6. Dispositif aéroporté selon la revendication 5, dans lequel chaque aile (12) comprend des premiers actionneurs (53, 54) adaptés à modifier indépendamment les longueurs des portions desdits au moins deux premiers câbles tendues entre ladite aile et les deux autres ailes.
7. Dispositif aéroporté selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant au moins deux paires d'ailes (12) , les deux ailes de chaque paire étant reliées entre elles par l'un des premiers câbles (16), chaque aile de chaque paire étant reliée à au moins l'une des ailes de l'autre paire par un autre des premiers câbles (14) .
8. Dispositif aéroporté selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'envergure de chaque aile (12) est comprise entre 5 m et 50 m.
9. Dispositif aéroporté selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel au moins l'une des ailes (12) comprend un extrados (32) relié à un intrados (30) par un bord d'attaque (34), un bord de fuite (36) et des premier et deuxième bords latéraux (38, 40), la corde de l'aile augmentant puis diminuant du premier bord latéral vers le deuxième bord latéral .
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel, pour chaque aile (12), au moins l'un des premiers câbles (14, 16) pénètre dans l'aile par le bord latéral (40) de l'aile (12) le plus à l'intérieur du dispositif aéroporté lorsque le dispositif aéroporté est mis au vent.
11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, dans lequel, pour chaque aile (12) , le deuxième câble (20) pénètre dans l'aile (12) par l'intrados (30) de l'aile.
12. Système (45) de production d'énergie électrique, comprenant un dispositif aéroporté (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 et un générateur électrique (46) relié au troisième câble (22) du dispositif aéroporté.
13. Système (47) de transport, comprenant un dispositif aéroporté (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 et un véhicule (48) , notamment un bateau, relié au troisième câble (22) du dispositif aéroporté.
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