WO2024094435A1 - Vehicule comportant un systeme de lancement a moteur lineaire alimente par un accumulateur d'energie a supercondensateurs - Google Patents

Vehicule comportant un systeme de lancement a moteur lineaire alimente par un accumulateur d'energie a supercondensateurs Download PDF

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WO2024094435A1
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WO
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vehicle
launch
launching
electrical energy
drone
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PCT/EP2023/079172
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Thierry DEMONFORT
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Dae
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U70/00—Launching, take-off or landing arrangements
    • B64U70/90—Launching from or landing on platforms
    • B64U70/92—Portable platforms
    • B64U70/93—Portable platforms for use on a land or nautical vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60P—VEHICLES ADAPTED FOR LOAD TRANSPORTATION OR TO TRANSPORT, TO CARRY, OR TO COMPRISE SPECIAL LOADS OR OBJECTS
    • B60P3/00—Vehicles adapted to transport, to carry or to comprise special loads or objects
    • B60P3/06—Vehicles adapted to transport, to carry or to comprise special loads or objects for carrying vehicles
    • B60P3/11—Vehicles adapted to transport, to carry or to comprise special loads or objects for carrying vehicles for carrying aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F1/00—Ground or aircraft-carrier-deck installations
    • B64F1/04—Ground or aircraft-carrier-deck installations for launching aircraft
    • B64F1/06—Ground or aircraft-carrier-deck installations for launching aircraft using catapults
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U80/00—Transport or storage specially adapted for UAVs
    • B64U80/80—Transport or storage specially adapted for UAVs by vehicles
    • B64U80/86—Land vehicles

Definitions

  • TITLE Vehicle comprising a linear motor launch system powered by a supercapacitor energy accumulator
  • the invention relates to the launch of a drone with reactors or propellers with a wingspan greater than or equal to two meters, from a moving or stationary vehicle.
  • Document CN112173153 discloses a land vehicle for launching small drones in bursts and provided with the same catapult system as document CN106394924, powered by an electrical energy accumulator with one or more supercapacitors for powering the linear motor .
  • this device is not suitable for launching heavy drones. These devices are neither designed nor adapted for launching heavy drones.
  • the launch pad can be equipped with an energy accumulator capable of impulsively releasing previously accumulated energy to catapult the drone.
  • the energy accumulator can be sized to allow takeoff, in combination with the maximum thrust of the reactors and the speed of the vehicle. It can also be sized to allow takeoff in combination with the maximum thrust of the engines with the vehicle stationary.
  • This energy accumulator comprises one or more pneumatic energy accumulators, constituted by reservoirs of pressurized gas, in particular compressed air, whose expansion in the open air or in a variable volume chamber of a pneumatic cylinder generates mechanical work to catapult the drone. This type of energy accumulator nevertheless finds its limits in terms of power, in particular due to the size involved.
  • Drones of greater mass are usually catapulted from the ground. They are most often implemented using pneumatic catapult systems operating on launch rails fixed to the ground and having a very long length. Setting up these launch systems is extremely time-consuming, requiring heavy logistics and a considerable number of operators. The launch system installed and frozen on the ground cannot be moved quickly to return to another launch area. This requires a complete dismantling of the installations which goes against the criteria of mobility and speed of intervention sought by defense or civil security units. Furthermore, these systems cannot be quickly repositioned against the wind when the weather changes on the ground.
  • the invention aims to remedy the drawbacks of the state of the art and to propose means of launching a drone of large scale and/or high mass from the ground, with the aim of accomplishing in particular a reconnaissance mission or drop of a load, the load may include rescue equipment, food, ammunition, means of transmission or optronics, weapons and explosives, tactical neutralization systems, mini - drones or robots whatever their use, on land or at sea, quickly and remotely from the launch area.
  • a land vehicle is proposed for launching a drone according to claim 1.
  • the electrical energy accumulator with one or more supercapacitors has an electrical capacity greater than 10 F, preferably greater than 15 F, and a nominal voltage greater than 500V, and preferably greater than 600 V, and preferably greater than 700V, and preferably greater than 750V.
  • Such sizing makes it possible to store electrical energy greater than 1MJ. In practice, only a fraction of this stored energy, approximately 1/3, is restored during the catapulting phase, and we will prefer high values of the electrical capacity, greater than 15 F, and of the nominal voltage, greater than 700 V. We mean here by nominal voltage the maximum voltage that the energy accumulator with one or more supercapacitors can permanently support.
  • Power electronics are necessary for supplying the linear motor with alternating current and controlling the inductor.
  • the linear motor is connected to the electrical energy accumulator to one or more supercapacitors by an inverter; and/or the inductor is controlled by a power switch circuit.
  • the catapulting system preferably comprises a charging circuit of the electrical energy accumulator with one or more supercapacitors, comprising one or more primary sources of electrical energy.
  • the primary source(s) of electrical energy comprise at least one primary source of direct current electrical energy, for example a direct current generator, a battery or a cell.
  • the primary source(s) of electrical energy comprise at least one primary source of alternating current electrical energy, for example an alternating current generator, connected to the supercapacitor electrical energy accumulator by a rectifier; and/or the primary source(s) of electrical energy are capable of delivering a power greater than 5KW; and or the electrical power supply circuit of the supercapacitor electrical energy accumulator is connected to photovoltaic panels carried by the vehicle; and or
  • the catapulting system comprises a regenerative braking system for the mobile equipment electrically connected to the supercapacitor electrical energy accumulator, capable of transforming the kinetic energy of the mobile equipment into electrical energy transmitted to the energy accumulator. electrical energy using supercapacitors.
  • the catapulting system comprises at least one, and preferably at least two braking devices for the mobile assembly among the following devices: an electromagnetic braking device, preferably current braking Foucault, placed in a front end portion of the launch pad; a spring kinetic energy accumulator device; a shock energy absorption device using elastomer pads; a fluidic reversible energy absorption device; a friction braking device.
  • an electromagnetic braking device preferably current braking Foucault
  • a spring kinetic energy accumulator device placed in a front end portion of the launch pad
  • a shock energy absorption device using elastomer pads a shock energy absorption device using elastomer pads
  • a fluidic reversible energy absorption device a friction braking device.
  • the launch ramp in the launch position has a front end portion which projects from a front end of the body of the vehicle, and the vehicle is equipped with a running gear before removable balancing, movable between a storage position and an operational position, the front removable balancing running gear in the operational position having wheels located less than 50 cm from the ground, at a distance in front of the front end of the body, for example more than 1 meter in front of the front end of the body, preferably under the front end portion of the launching ramp.
  • This front running gear balancing is intended essentially to prevent the vehicle from tipping forward when braking the mobile crew after takeoff of the drone, when the mobile crew reaches the front end of the launch pad.
  • the balancing front axle can be equipped with active suspension.
  • the launch ramp in the launch position has a rear end portion which projects from a rear end of the body of the vehicle, and that the vehicle is equipped with a running gear removable balancing rear axle, movable between a storage position and an operational position, the removable rear balancing running gear in the operational position having wheels located less than 50 cm from the ground, behind the rear end of the body of the vehicle, preferably under the rear end portion of the launching pad.
  • This rear running gear allows the vehicle to be balanced during the acceleration phase of the drone and the mobile crew, before takeoff.
  • the rear balancing axle can be equipped with active suspension.
  • the vehicle is preferably able to move while rolling with the drone's catapulting system in the launch position. According to one embodiment, this makes it possible in particular to consider a launch mode in which the vehicle is moving in a straight line facing the wind, at a speed exceeding a given speed threshold relative to the wind at the time of catapulting the drone.
  • launching from the moving vehicle contributes to limiting the energy to be consumed by the drone during the take-off phase.
  • the relative speed obtained by the moving vehicle is added to the propulsion speed of the launcher and makes it easier to obtain the lift speed of the drone when leaving the ramp. This is all the more necessary when the length of the ramp is reduced and the mass of the drone is high.
  • the vehicle is preferably motorized. It may, where applicable, include a motorized vehicle towing a trailer or semi-trailer. It is preferably a vehicle on wheels, preferably with a double rear axle, for good recovery of the forces generated when launching the drone.
  • the vehicle is preferably an all-terrain motor vehicle, the ramp being positioned for example on the roof of the vehicle or on a platform provided for this purpose.
  • An all-terrain vehicle allows, if necessary, a launch from rough terrain or an unprepared track, for example from a beach in the case of a rescue at sea.
  • an active suspension integrating a correction of The plate is placed between a chassis and wheel sets of the vehicle, or between the launch pad and the chassis of the motor vehicle or between the mobile equipment and the launch pad, to help stabilize the drone.
  • the vehicle comprises at least two, and preferably at least three, removable stabilizers between a withdrawn position and an operational position resting on the ground.
  • Such stabilizers make it possible, if necessary, to correct the attitude of the vehicle when stationary before launching. They can also define a polygon of support of the vehicle on the ground larger than that defined by the wheels of the vehicle. They can be operated hydraulically, pneumatically or electrically.
  • the launching ramp can be retracted or folded into a transport position.
  • the transition to the transport position can be achieved by a telescopic movement.
  • the launch ramp comprises several articulated sections, at least some of which are movable between the launch position, in which the sections are aligned and a transport position, in which the sections are side by side .
  • the sections which are adjacent in the launch position are linked in pairs by joints, which preferably have a single pivot axis and only one.
  • the pivot axes between adjacent sections are preferably parallel to each other.
  • the pivot axes are preferably located in a vertical plane.
  • the hinge pin(s) are vertical in the transport position. This minimizes the force necessary for deploying the launching ramp from the transport position to the launching position.
  • the articulated sections of the launch pad preferably make it possible to constitute a linear trajectory for the mobile crew with a length of at least six meters, and preferably at least eight meters, and at most fourteen meters.
  • a length of at least six meters and preferably at least eight meters, and at most fourteen meters.
  • additional sections of launch ramp possibly transported on a trailer of the vehicle or independently, be added to the articulated sections to extend the launch ramp, which can then exceed 14 meters in length.
  • such a ramp can only be used when the vehicle is stopped, and with supports on the ground.
  • the vehicle offers in a modular manner several of the launch modes envisaged previously: a launch mode with the vehicle in motion, and/or a launch mode with the vehicle stationary, but able to move in the launch position, and/or a launch mode with the vehicle stationary, balanced by stabilizers, and/or a launch mode with a ramp extended by additional sections requiring independent support on the ground.
  • the drone is jet-powered, it is advantageously provided, to protect the inductor placed along the launch pad, that the crew mobile is provided with a thermal deflector to protect a portion of the launch pad located behind the mobile equipment with reference to the launch direction.
  • the deflector is shaped to deflect a jet of air expelled by the reactor(s) of the drone, in order to avoid altering the rail integrating the electromagnetic systems and the braking systems and more broadly the vehicle and its occupants.
  • the deflector may be removable.
  • the mobile assembly includes a trolley rolling on the launch pad. It is also possible to provide for the mobile crew and the launch pad to be equipped with an electromagnetic lift circuit for the mobile crew relative to the launch pad.
  • the invention relates to an assembly comprising a vehicle as described above and a drone with a wingspan greater than two meters equipped with one or more turbojets or turboprops, supported by the mobile crew.
  • the assembly further comprises at least one locking mechanism, movable between a locking position for fixing the drone relative to the mobile equipment in an armed position, and an unlocking position allowing a movement of the drone relative to the mobile crew.
  • the attachment device is provided with a trigger, preferably mechanical, electromechanical or pyrotechnic, preferably controlled to trigger when the drone reaches a given position on the launch pad, corresponding to the end of the linear motor.
  • Piloting the drone in the take-off phase can be carried out from the vehicle, in a pre-programmed manner with dedicated avionics equipment or independently by a remote operator.
  • the release of the load involves turning the drone onto its back, then, by gravity, an exit of the load from a cavity of the drone flying on the back, then, preferably, a deployment of a parachute to slow down the load in free fall.
  • a land launch vehicle capable of launching a drone with a wingspan greater than two meters equipped with one or more reactors
  • the land launch vehicle being provided with a catapult system comprising a launch pad and a mobile crew guided by the launch pad along a linear trajectory of the launch pad , the mobile equipment being able to support the drone oriented in a launch direction, characterized in that the mobile equipment is provided with a thermal deflector for protecting a portion of the launch ramp located behind the carriage by reference to the direction of launch of the drone.
  • a deflector is particularly useful when the catapulting system integrates a linear motor, which the thermal deflector then makes it possible to protect from the flow of hot air coming from the reactor(s).
  • the invention relates to a land launch vehicle for launching a drone of a greater wingspan at 2 meters equipped with one or more reactors, the land launch vehicle comprising a body and being provided with a catapulting system comprising a launch ramp which, in a launch position has a front end portion which exceeds d 'a front end of the vehicle body, characterized in that the vehicle is equipped with a removable balancing running gear, movable between a storage position and a launching position, the balancing running gear in the launching position being on the ground, at a distance in front of the front end of the body, preferably under the front end portion of the launching ramp.
  • Figure 1 an isometric view taken from three-quarter rear right of an assembly according to a first embodiment of the invention, comprising a motor vehicle equipped with an electromagnetic catapulting system and a drone, in a position of transportation ;
  • FIG. 2 Figure 2 a profile view of the assembly according to Figure 1, in the transport position;
  • FIG. 3 Figure 3, a top view of the assembly of Figure 1, illustrating the deployment of a catapult system in the drone launch position;
  • FIG. 4 Figure 4, a profile view of the assembly according to Figure 1, in a launching position, before launching the drone;
  • FIG. 5 Figure 5, a profile view of the assembly according to Figure 1, in a launcher, during the launch of the drone;
  • Figure 6 a profile view of a variant of the assembly according to Figure 1, in a launching position;
  • FIG. 7 Figure 7, an electrical diagram of the catapulting system of the assembly according to Figure 1.
  • FIG. 1 and 2 is illustrated, in a transport position, an assembly 10 comprising a land vehicle 12 and a drone 14 equipped here with two turbojets 16, supported by the vehicle 12.
  • the drone 14 illustrated is only one example of a class of drones intended to be transported and launched using the vehicle 12, and which is constituted by drones with one or more turbojets or turboprops having a fuselage 18 and a wing 20 which, in flight, has a large wingspan, in particular greater than 2 meters or 2.5 meters, or even greater than 3 meters, where appropriate with variable geometry, for example with foldable wings, so that the width of the canopy for transport is narrower than for launching and flying.
  • the drone 14 has a relatively high take-off mass, for example greater than 350 kg.
  • Drone 14 is preferably without landing gear, which allows a reduction in the empty weight and volume of the drone and a significant reduction in drag, and also contributes to an increase in payload and range of action. In addition, this absence of landing gear allows for mechanical simplification which limits the risk of failure.
  • the vehicle 12 illustrated here is an all-terrain motor vehicle on wheels, with a set of front wheels 22 and, preferably, a double rear axle 24 to increase the payload and, as will be seen later, take up the efforts during the launch of the drone 14 from the vehicle 12.
  • the vehicle 12 is equipped with a catapulting system 26 of the drone 14, comprising a launch pad 28 placed on a platform, illustrated in the transport position in Figures 1 and 2, being deployed in Figure 3 , and in a launching position in Figures 4 and 5.
  • the launching ramp 28 comprises several sections, articulated two by two, in this case a central section 28A, a rear section 28B articulated to a rear end of the central section 28A and a front section 28C articulated to a front end of the central section 28C.
  • the sections 28A, 28B, 28C are positioned side by side on a support plate 30.
  • the launching ramp is brought into the position launch illustrated in Figure 4.
  • the pivot axes 32AB, 32AC of the articulations between the central section 28A and the rear section 28B on the one hand and between the central section 28A and the front section 28C on the other hand, are parallel between them and, preferably, vertical in the transport position and during deployment, to limit deployment efforts.
  • the deployment may, where appropriate, include a final phase of pivoting of the platform 30 and the unfolded ramp around a transverse horizontal pivot axis 34, using a crane 35, so that the ramp 28 in position launch is more inclined than its sections 28A, 28B, 28C in the transport position, which are preferably horizontal.
  • the launching ramp 28 has a front end portion which projects from a front end of the body of the vehicle, and the vehicle is preferably equipped with a train rolling removable balancing front 36, movable between a storage position at the rear of the vehicle ( Figure 1) and an operational position ( Figure 4), the front balancing running gear 36 in the operational position having wheels located less than 50 cm from the ground, at a distance in front of the front end of the vehicle body, for example more than 1 meter in front of the front end of the body, preferably under the front end portion of the launching ramp 28.
  • a front support arm 38 connects a front portion of the launching ramp 28 to a front end of the body of the vehicle 12, at a point located longitudinally between the front wheel train 22 of the vehicle 12 and the front balancing running gear removable 36.
  • the launch ramp 28 in the launch position has a rear end portion which projects from a rear end of the body of the vehicle 12, and the vehicle 12 is preferably equipped with a running gear removable balancing rear 40, movable with the rear section 28B of the launching ramp 28 between a storage position (in Figure 1) and an operational position (in Figure 4), the removable rear balancing running gear 40 in operational position having wheels located less than 50 cm from the ground, behind the rear end of the body of the vehicle 12, preferably under the rear end portion of the launching ramp 28.
  • the launch pad 28 defines a launch direction located in a median vertical longitudinal plane of the vehicle and a linear trajectory of a length greater than 6 meters, and preferably greater than 8 meters in the launch position of the figure 5, and being able to exceed 14 meters in the launch position of Figure 6, for a mobile crew 44 supporting the drone 12.
  • This mobile element 44 is here constituted by a carriage rolling in the slides of the launch ramp 28, but it is envisaged as an alternative to equip the mobile element 44 and the launch ramp with an electromagnetic lift circuit of the mobile assembly 44 relative to the launch pad 28.
  • the mobile assembly 44 is provided with a thermal deflector 45 for protecting a portion of the launch pad located behind the mobile assembly 44 with reference to the launch direction.
  • the catapulting system 26 allowing the launch of the drone 12 comprises a linear motor 46 comprising an inductor 48 arranged along the linear trajectory and an armature 50 arranged on the mobile assembly 26, as shown schematically in FIG. 7.
  • linear motor 46 is preferably a synchronous motor whose armature 50 is composed of permanent magnets or electromagnets and the inductor 48 comprises electromagnets or windings. More precisely, the inductor 48 of the linear motor 46 extends from the rear end of the launch ramp 28 towards the front over only a portion of the launch ramp, called the acceleration portion. A portion of the launch pad 28, called the braking portion, located at the front end of the launch pad is reserved for braking the mobile crew after launching the drone.
  • the linear motor 46 is powered by a power supply circuit illustrated in Figure 7 and preferably housed in a compartment 47 of the vehicle 12.
  • the inductor 48 of the linear motor 46 is connected to a direct current bus 52 by via an inverter 54 and a circuit of control power switches 56.
  • this direct current bus 52 is electrically powered by an electrical energy accumulator with one or more supercapacitors 58.
  • the electrical energy accumulator with one or more supercapacitors 58 has an electrical capacity greater than 10 F, preferably greater than 15 F, and a nominal voltage greater than 500V, and preferably greater than 600 V, and preferably greater than 700V, and preferably greater than 750V.
  • the direct current bus 52 can advantageously be connected to a low-pass filter 60 to limit transient overvoltages and to a discharge circuit 62 to allow, if necessary, discharge of the supercapacitors.
  • the power supply circuit of the linear motor further comprises a charging circuit of the electrical energy accumulator 58 with one or more supercapacitors, comprising one or more primary sources of electrical energy 64, 66 capable of delivering a power preferably greater than 5KW, which may include in particular: a primary source of direct current electrical energy, for example a direct current generator, a battery or a fuel cell; and/or a primary source of alternating current electrical energy, for example an alternating current generator;
  • These primary sources of electrical energy are preferably carried by the vehicle and can where appropriate be supplemented by: a photovoltaic generator 67 carried by the vehicle and/or a regenerative braking system of the mobile assembly 72, 74 electrically connected to the charging circuit, capable of transforming energy kinetics of the mobile assembly 44 in electrical energy transmitted to the charging circuit.
  • the primary source(s) of electrical energy 64, 66 are preferably connected to the direct current bus 52 and to the supercapacitor electrical energy accumulator 58 by an adapter circuit 68, which may include for example a rectifier or a DC voltage booster.
  • the braking portion of the launching ramp located at the front end of the launching ramp, is equipped with at least one, and preferably at least two braking devices 70 of the mobile equipment among the following devices: an electromagnetic braking device 72, preferably eddy current braking; a shock energy absorption device using elastomeric pads 74; a fluidic reversible energy absorption device; a friction braking device.
  • an electromagnetic braking device 72 preferably eddy current braking
  • a shock energy absorption device using elastomeric pads 74 a shock energy absorption device using elastomeric pads 74
  • a fluidic reversible energy absorption device a friction braking device.
  • the electromagnetic braking device 72 can be connected to the direct current bus by an energy converter 74 including a rectifier, to constitute a regenerative braking circuit.
  • an energy converter 74 including a rectifier to constitute a regenerative braking circuit.
  • the turbojets or turboprops are powered and brought to a maximum thrust regime, while maintaining the drone 14 fixed to the mobile assembly. 44 by a first locking system and the mobile assembly 44 fixed relative to the launch pad 28 by a second locking system.
  • the supercapacitor energy accumulator 58 being charged, a sudden discharge is controlled in the inductor 48, via the inverter 54 and the power switch circuit 56.
  • the linear motor is preferably controlled in a manner to produce on the armature 50 and the mobile assembly 44 a constant force throughout the launch and take-off phase, over a length which can be of the order of 6 meters for an 8 meter launch pad, or 8 meters for a 10 meter launch pad.
  • the lock between the mobile assembly 44 and the launch pad 28 is released, and the mobile assembly undergoes an acceleration proportional to the resulting electromagnetic force on the armature 50 and to the thrust of the turbojets 16 or turboprops.
  • the lock between the mobile crew 44 and the drone 14 is released as soon as a speed of the drone 16 relative to the surrounding air mass is reached sufficient to ensure the lift of the drone 16, which separates from the mobile crew 14 at the latest when the mobile equipment enters the front end portion of the ramp 28 which includes the braking device(s) of the mobile equipment 44.
  • the mobile equipment 44 whose mass is nevertheless significant since it includes the mass of the armature 50, is slowed down and stopped by the various braking devices, and in particular by the electromagnetic brake 72 and the shock absorber 74. All of this take-off procedure of the drone 14 can take place when the land vehicle 12 stops, or, preferably, while the land vehicle 12 is traveling in a straight line at a regulated speed, which makes it possible to reach the desired relative speed more quickly of the drone 14 relative to the air mass.
  • the linear motor 46 can be an asynchronous machine.
  • the launch pad deployment mechanism can be telescopic.
  • the vehicle 12 can be a trailer or semi-trailer, or an articulated vehicle composed of a tractor and a trailer or semi-trailer. It can also be a tracked vehicle.

Landscapes

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Un véhicule terrestre (12) pour le lancement d'un drone (14) d'une envergure supérieure à 2 mètres équipé d'un ou plusieurs turboréacteurs ou turbopropulseurs (16), est pourvu d'un système de catapultage (26) du drone (14), comportant une rampe de lancement (28) et un équipage mobile (44) de support du drone (14). L'équipage mobile (44) est guidé par la rampe de lancement (28) dans une direction de lancement (100) sur une longueur supérieure à 6 mètres, et de préférence supérieure à 8 mètres. Le système de catapultage (26) comporte au moins un moteur linéaire (46) comportant un inducteur (48) disposé le long de la trajectoire linéaire et un induit (50) disposé sur l'équipage mobile (44) et au moins un accumulateur d'énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs (58) pour l'alimentation électrique du moteur linéaire (46).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Véhicule comportant un système de lancement à moteur linéaire alimenté par un accumulateur d'énergie à supercondensateurs
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] L’ invention se rapporte au lancement d’un drone à réacteurs ou à hélices d’envergure supérieure ou égale à deux mètres, à partir d’un véhicule en mouvement ou à l’arrêt.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
[0002] On connaît des solutions de lancement de drones à partir de véhicules terrestres à l’arrêt ou en déplacement. Les drones concernés sont généralement de faible envergure et de faible masse, comme illustré par exemple dans le document US7665691, qui propose le lancement d’un drone léger à partir d’un véhicule en mouvement avec ou sans catapultage, ou le document CN106394924, qui décrit un véhicule terrestre équipé d’un système de catapultage de drone, présentant une rampe de lancement, un chariot mobile sur cette rampe, le chariot portant le drone, et un moteur linéaire présentant des enroulements statoriques disposés sur le chariot et des aimants permanents disposés le long de la rampe, pour lancer le chariot de manière très progressive. Pour l’alimentation des enroulements, qui se déplacent le long de la rampe de lancement avec le chariot, par un dispositif d’alimentation électrique disposé sur le véhicule, il est nécessaire de prévoir des rails électriques le long de la rampe de lancement et des balais ou collecteurs de courants au niveau du chariot portant le drone. Le document CN112173153 divulgue un véhicule terrestre pour le lancement en rafales de drones de petite taille et pourvu du même système de catapultage que le document CN106394924, alimenté par un accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs pour l’alimentation électrique du moteur linéaire. Ce dispositif n’est toutefois pas adapté au lancement de drones lourds. Ces dispositifs ne sont ni conçus, ni adaptés au lancement de drones lourds.
[0003] Pour proposer des moyens de lancement d’un drone de large envergure et/ou de masse élevée à partir du sol, dans le but d’accomplir une mission notamment de reconnaissance ou de largage d’une charge, la charge pouvant notamment comporter des équipements de sauvetage, des vivres, des munitions, des moyens de transmission, des armes ou un engin, rapidement et à distance de la zone de lancement, il a été proposé dans le document W02020254512A1 un ensemble comportant un véhicule automobile de lancement et un drone, le véhicule automobile de lancement étant apte à rouler sur une piste de lancement pour dépasser un seuil de vitesse donné par rapport à une masse d’air environnante, le véhicule automobile de lancement étant pourvu d’une rampe de lancement coopérant avec le drone pour, dans une position de lancement, guider le drone en translation depuis une position de départ dans une direction de lancement vers l’avant du véhicule automobile de lancement, le drone comportant un ou plusieurs réacteurs et ne comportant pas de train d’atterrissage. La rampe de lancement peut être équipée d’un accumulateur d’énergie apte à libérer de façon impulsive une énergie préalablement accumulée pour catapulter le drone. L’accumulateur d’énergie peut être dimensionné pour permettre le décollage, en combinaison avec la poussée maximale des réacteurs et la vitesse du véhicule. Il peut également être dimensionné pour permettre le décollage en combinaison avec la poussée maximale des réacteurs avec le véhicule à l’arrêt. Cet accumulateur d’énergie comporte un ou plusieurs accumulateurs d’énergie pneumatique, constitués par des réservoirs de gaz sous pression, notamment d’air comprimé, dont la détente à l’air libre ou dans une chambre à volume variable d’un vérin pneumatique génère un travail mécanique de catapultage du drone. Ce type d’accumulateur d’énergie trouve malgré tout ses limites en termes de puissance, notamment du fait de l'encombrement induit.
[0004] Les drones de masse plus importante sont habituellement catapultés à partir du sol. Ils sont mis en œuvre le plus souvent à partir de systèmes de catapultages pneumatiques opérant sur des rails de lancement figés au sol et disposant d’une longueur très importante. La mise en place de ces systèmes de lancement est extrêmement chronophage, nécessite une logistique lourde et un nombre d’opérateurs considérable. Le système de lancement installé et figé au sol ne peut être déplacé rapidement pour regagner une autre zone de lancement. Cela nécessite un démontage complet des installations qui va l’encontre des critères de mobilité et de célérité d’intervention recherchés par les unités de la défense ou de la sécurité civile. Par ailleurs, ces systèmes ne peuvent être repositionnés rapidement face au vent lorsque la météo évolue sur le terrain. EXPOSÉ DE L'INVENTION
[0005] L’ invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique et à proposer des moyens de lancement d’un drone de large envergure et/ou de masse élevé à partir du sol, dans le but d’accomplir notamment une mission de reconnaissance ou de largage d’une charge, la charge pouvant comporter des équipements de sauvetage, des vivres, des munitions, des moyens de transmission ou d’optronique, des armes et des explosifs, des systèmes de neutralisation tactiques, des mini- drones ou des robots quelle que soit leur utilisation, sur terre comme en mer, rapidement et à distance de la zone de lancement.
[0006] Pour se faire est proposé, suivant un premier aspect de l’invention, un véhicule terrestre pour le lancement d’un drone selon la revendication 1.
[0007] L’ utilisation d’un ou plusieurs supercondensateurs permet de stocker l’énergie électrique avec une densité de puissance élevée et une densité d’énergie adaptée à l’application, et de satisfaire ainsi aux contraintes d’un catapultage à partir d’un véhicule. L’énergie électrique accumulée est restituée avec une très faible constante de temps, ce qui permet une accélération élevée du drone sur toute la phase de catapultage, qui, en pratique, est de l’ordre d’une demi-seconde.
[0008] En privilégiant un moteur synchrone à aimants permanents, avec un inducteur statorique constitué d’enroulements ou d'électroaimants alimentés en courant alternatif et un induit constitué d’aimants permanents, on dispose d’un induit non alimenté, ce qui évite d’avoir à prévoir un collecteur de courant entre la rampe de lancement et l’équipage mobile.
[0009] Suivant un mode de réalisation, l’accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs présente une capacité électrique supérieure à 10 F, de préférence supérieure à 15 F, et une tension nominale supérieure à 500V, et de préférence supérieure à 600 V, et de préférence supérieure à 700V, et de préférence supérieure à 750V.
[0010] Un tel dimensionnement permet d’emmagasiner une énergie électrique supérieure à 1MJ. Dans la pratique, seule une fraction de cette énergie emmagasinée, environ 1/3, est restituée lors de la phase de catapultage, et l’on préférera les valeurs élevées de la capacité électrique, supérieures à 15 F, et de la tension nominale, supérieure à 700 V. On entend ici par tension nominale la tension maximale que l’accumulateur d’énergie à un ou plusieurs supercondensateurs peut supporter en permanence.
[0011] Une électronique de puissance est nécessaire pour l’alimentation du moteur linéaire en courant alternatif et le pilotage de l’inducteur. Suivant divers modes de réalisation : le moteur linéaire est relié à l’accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs par un onduleur ; et/ou l’inducteur est piloté par un circuit de commutateurs de puissance.
[0012] Il est naturellement nécessaire de charger l’accumulateur d’énergie, et l’on prévoit de préférence un équipement de charge embarqué sur le véhicule. À cet effet, le système de catapultage comporte de préférence un circuit de charge de l’accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs, comportant une ou plusieurs sources primaires d’énergie électrique. Suivant diverses modalités, qui peuvent le cas échéant être combinées : la ou les sources primaires d’énergie électrique comportent au moins une source primaire d’énergie électrique en courant continu, par exemple un groupe électrogène à courant continu, une batterie ou une pile à combustible ; et/ou la ou les sources primaires d’énergie électrique comportent au moins une source primaire d’énergie électrique en courant alternatif, par exemple un groupe électrogène à courant alternatif, relié à l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs par un redresseur ; et/ou la ou les sources primaires d’énergie électrique sont aptes à délivrer une puissance supérieure à 5KW ; et/ou le circuit d’alimentation électrique de l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs est relié à des panneaux photovoltaïques portés par le véhicule ; et/ou
Le système de catapultage comporte un système de freinage régénératif de l’équipage mobile relié électriquement à l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs, apte à transformer l’énergie cinétique de l’équipage mobile en énergie électrique transmise à l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs.
[0013] En pratique, on prévoit qu’à l’issue d’une phase d’accélération de l’équipage mobile portant le drone sur une première portion de la rampe de lancement, le drone se sépare de l’équipage mobile qui doit encore être freiné pour s’arrêter au plus tard à l’extrémité de la rampe de lancement. Or la masse de l’équipage mobile est élevée du fait de la présence de l’induit. Suivant un mode de réalisation, on prévoit donc que le système de catapultage comporte au moins un, et de préférence au moins deux dispositifs de freinage de l’équipage mobile parmi les dispositifs suivants : un dispositif de freinage électromagnétique, de préférence un freinage par courants de Foucault, disposé dans une portion d’extrémité avant de la rampe de lancement ; un dispositif accumulateur d’énergie cinétique à ressorts ; un dispositif d’absorption d’énergie de chocs par plots élastomères ; un dispositif d’absorption d’énergie réversible fluidique ; un dispositif de freinage par friction.
[0014] Suivant un mode de réalisation, la rampe de lancement en position de lancement présente une portion d’extrémité avant qui dépasse d’une extrémité avant de la caisse du véhicule, et le véhicule est équipé d’un train roulant avant d’équilibrage amovible, mobile entre une position de stockage et une position opérationnelle, le train roulant avant d’équilibrage amovible en position opérationnelle ayant des roues situées à moins de 50 cm du sol, à distance devant l’extrémité avant de la caisse, par exemple à plus de 1 mètre devant l’extrémité avant de la caisse, de préférence sous la portion d’extrémité avant de la rampe de lancement. Ce train roulant avant d’équilibrage est destiné essentiellement à éviter un basculement du véhicule vers l’avant au moment du freinage de l’équipage mobile après le décollage du drone, à lorsque l’équipage mobile atteint l’extrémité avant de la rampe de lancement. Le train avant d’équilibrage peut être équipé d’une suspension active.
[0015] De façon analogue, on peut prévoir que la rampe de lancement en position de lancement présente une portion d’extrémité arrière qui dépasse d’une extrémité arrière de la caisse du véhicule, et que le véhicule soit équipé d’un train roulant arrière d’équilibrage amovible, mobile entre une position de stockage et une position opérationnelle, le train roulant arrière d’équilibrage amovible en position opérationnelle ayant des roues situées à moins de 50 cm du sol, derrière une l’extrémité arrière de la caisse du véhicule, de préférence sous la portion d’extrémité arrière de la rampe de lancement. Ce train roulant arrière permet un équilibrage du véhicule lors de la phase d’accélération du drone et de l’équipage mobile, avant le décollage. Le train arrière d’équilibrage peut être équipé d’une suspension active.
[0016] Le véhicule est de préférence apte à se déplacer en roulant avec le système de catapultage du drone en position de lancement. Suivant un mode de réalisation, ceci permet notamment d’envisager un mode de lancement dans lequel le véhicule est en mouvement en ligne droite face au vent, à une vitesse dépassant un seuil de vitesse donné par rapport au vent au moment du catapultage du drone. Lorsque le terrain est adapté, le lancement à partir du véhicule en mouvement contribue à la limitation de l’énergie devant être consommée par le drone dans la phase de décollage. La vitesse relative obtenue par le véhicule en déplacement s’ajoute à la vitesse de propulsion du lanceur et permet d’obtenir plus facilement la vitesse de portance du drone en sortie de rampe. Ceci est d’autant plus nécessaire lorsque la longueur de la rampe est réduite et la masse du drone est élevée.
[0017] Mais l’aptitude à se déplacer en position de lancement est également utile dans l’hypothèse où le lancement s’effectue toujours à l’arrêt : elle permet alors de positionner ou repositionner la rampe de lancement dans une position idéale de lancement, face au vent, quelques instants seulement avant le lancement. [0018] Le véhicule est de préférence motorisé. Il peut le cas échéant comporter un véhicule motorisé tractant une remorque ou une semi-remorque. Il s’agit de préférence d’un véhicule sur roues, avec de préférence un double essieu arrière, pour une bonne reprise des efforts générés lors du lancement du drone. Le véhicule est de préférence un véhicule automobile tout terrain, la rampe étant positionnée par exemple sur le toit du véhicule ou sur une plateforme prévue à cet effet. Un véhicule tout terrain permet le cas échéant un lancement à partir d’un terrain sommaire ou d’une piste non préparée, par exemple depuis une plage dans le cas d’un sauvetage en mer. De préférence, une suspension active intégrant une correction d’assiette est disposée entre un châssis et des trains de roues du véhicule, ou entre la rampe de lancement et le châssis du véhicule automobile ou entre l’équipage mobile et la rampe de lancement, pour contribuer à stabiliser le drone.
[0019] Suivant un mode de réalisation, le véhicule comporte au moins deux, et de préférence au moins trois stabilisateurs amovibles entre une position de retrait et une position opérationnelle en appui sur le sol. De tels stabilisateurs permettent le cas échéant de corriger l’assiette du véhicule à l’arrêt avant le lancement. Ils peuvent également définir un polygone de sustentation du véhicule au sol plus important que celui défini par les roues du véhicule. Ils peuvent être actionnés hydrauliquement, pneumatiquement ou électriquement.
[0020] En pratique, on souhaite que le véhicule ait des dimensions qui ne nuisent pas à sa maniabilité. On prévoit donc de préférence que la rampe de lancement puisse être rétractée ou repliée dans une position de transport. Le passage en position de transport peut être réalisé par un mouvement télescopique. Toutefois, et de façon préférentielle, on prévoit que la rampe de lancement comporte plusieurs tronçons articulés dont certains au moins sont mobiles entre la position de lancement, dans laquelle les tronçons sont alignés et une position de transport, dans laquelle les tronçons sont côte à côte. Les tronçons qui sont adjacents en position de lancement sont liés deux à deux par des articulations, qui ont de préférence un unique axe de pivotement et un seul. Dans l’hypothèse où la rampe de lancement comporte plus de deux tronçons, les axes de pivotement entre tronçons adjacents sont de préférence parallèles les uns aux autres. En position de transport, les axes de pivotement sont situés de préférence dans un plan vertical. Suivant un mode de réalisation préféré, le ou les axes d’articulation sont verticaux en position de transport. On minimise ainsi la force nécessaire au déploiement de la rampe de lancement de la position de transport à la position de lancement.
[0021] Les tronçons articulés de la rampe de lancement permettent de préférence de constituer une trajectoire linéaire pour l’équipage mobile d’une longueur d’au moins six mètres, et de préférence d’au moins huit mètres, et d’au plus quatorze mètres. Pour permettre toutefois le lancement de drones plus lourds, ou dans des conditions peu favorables où la longueur de rampe articulée n’est pas suffisante, on peut, le cas échéant, envisager que des tronçons additionnels de rampe de lancement, éventuellement acheminés sur une remorque du véhicule ou de façon indépendante, soient ajoutés aux tronçons articulés pour allonger la rampe de lancement, qui peut alors dépasser 14 mètres de long. Bien sûr, une telle rampe ne peut être utilisée qu’à l’arrêt du véhicule, et avec des supports au sol.
[0022] De préférence, le véhicule offre de façon modulaire plusieurs des modes de lancement envisagés précédemment : un mode de lancement avec le véhicule en mouvement, et/ou un mode de lancement avec le véhicule à l’arrêt, mais apte à se déplacer en position de lancement, et/ou un mode de lancement avec le véhicule à l’arrêt, équilibré par des stabilisateurs, et/ou un mode de lancement avec une rampe prolongée par des tronçons additionnels nécessitant un appui indépendant au sol.
[0023] Une telle modularité est particulièrement intéressante pour l’utilisateur, et lui permet d’adapter le véhicule aux conditions de lancement rencontrées sur le terrain.
[0024] Dans l’hypothèse où le drone est à réaction, on prévoit avantageusement, pour protéger l’inducteur disposé le long de la rampe de lancement, que l’équipage mobile soit pourvu d’un déflecteur thermique de protection d’une portion de la rampe de lancement située derrière l’équipage mobile par référence à la direction de lancement. Le déflecteur est conformé pour dévier un jet d’air expulsé par le ou les réacteurs du drone, afin d’éviter d’altérer le rail intégrant les systèmes électromagnétiques et les systèmes de freinage et plus largement le véhicule et ses occupants. Dans l’hypothèse où le véhicule est destiné à lancer des drones à réaction et des drones à turbopropulseurs, le déflecteur peut être amovible.
[0025] Suivant un mode de réalisation, l’équipage mobile comporte un chariot roulant sur la rampe de lancement. On peut également prévoir l’équipage mobile et la rampe de lancement soient équipés d’un circuit de sustentation électromagnétique de l’équipage mobile par rapport à la rampe de lancement.
[0026] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un ensemble comportant un véhicule tel que décrit précédemment et un drone d’une envergure supérieure à deux mètres équipé d’un ou plusieurs turboréacteurs ou turbopropulseurs, supporté par l’équipage mobile.
[0027] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble comporte en outre au moins un mécanisme de verrouillage, mobile entre une position de verrouillage pour fixer le drone par rapport à l’équipage mobile dans une position armée, et une position de déverrouillage autorisant un mouvement du drone par rapport à l’équipage mobile. En particulier, on peut prévoir que le dispositif d’accrochage soit pourvu d’un déclencheur, de préférence mécanique, électromécanique ou pyrotechnique, de préférence piloté pour se déclencher lorsque le drone atteint une position donnée sur la rampe de lancement, correspondant à l’extrémité du moteur linéaire.
[0028] Le pilotage du drone dans la phase de décollage peut être effectué à partir du véhicule, de façon préprogrammée avec des équipements avioniques dédiés ou de façon indépendante par un opérateur à distance.
[0029] De préférence, le largage de la charge comporte un retournement du drone sur le dos, puis, par gravité, une sortie de la charge d’une cavité du drone volant sur le dos, puis, de façon préférentielle, un déploiement d’un parachute de ralentissement de la charge en chute libre.
[0030] Suivant un autre aspect de l’invention, le cas échéant combinable avec l’aspect précédent de l’invention, celle-ci a trait à un véhicule terrestre de lancement apte au lancement d’un drone d’une envergure supérieure à deux mètres équipé d’un ou plusieurs réacteurs, le véhicule terrestre de lancement étant pourvu d’un système de catapultage comportant une rampe de lancement et un équipage mobile guidé par la rampe de lancement le long d’une trajectoire linéaire de la rampe de lancement, l’équipage mobile étant apte à supporter le drone orienté dans une direction de lancement, caractérisé en ce que l’équipage mobile est pourvu d’un déflecteur thermique de protection d’une portion de la rampe de lancement située derrière le chariot par référence à la direction de lancement du drone. Un tel déflecteur est particulièrement utile lorsque le système de catapultage intègre un moteur linéaire, que le déflecteur thermique permet alors de protéger du flux d’air chaud en provenance du ou des réacteurs.
[0031] Suivant un autre aspect de l’invention, qui peut être pris en combinaison avec les aspects précédents de l’invention, l’invention a trait à un véhicule terrestre de lancement pour le lancement d’un drone d’une envergure supérieure à 2 mètres équipé d’un ou plusieurs réacteurs, le véhicule terrestre de lancement comportant une caisse et étant pourvu d’un système de catapultage comportant une rampe de lancement qui, dans une position de lancement présente une portion d’extrémité avant qui dépasse d’une extrémité avant de la caisse du véhicule, caractérisé en ce que le véhicule est équipé d’un train roulant d’équilibrage amovible, mobile entre une position de stockage et une position de lancement, le train roulant d’équilibrage en position de lancement étant au sol, à distance devant l’extrémité avant de la caisse, de préférence sous la portion d’extrémité avant de la rampe de lancement.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0032] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : [fig. 1] la figure 1, une vue isométrique prise de trois quart arrière droit d’un ensemble selon un premier mode de réalisation de l’invention, comportant un véhicule automobile équipé d’un système de catapultage électromagnétique et un drone, dans une position de transport ;
[fig. 2] la figure 2, une vue de profil de l’ensemble selon la figure 1, en position de transport ;
[fig. 3] la figure 3, une vue de dessus de l’ensemble de la figure 1, illustrant le déploiement d’un système de catapultage en position de lancement du drone ;
[fig. 4] la figure 4, une vue de profil de l’ensemble selon la figure 1, dans une position de lancement, avant lancement du drone ;
[fig. 5] la figure 5, une vue de profil de l’ensemble selon la figure 1, dans une de lancement, en cours de lancement du drone ;
[fig. 6] la figure 6, une vue de profil d’une variante de l’ensemble selon la figure 1, dans une position de lancement ;
[fig. 7] la figure 7, un schéma électrique du système de catapultage de l’ensemble selon la figure 1.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION
[0033] Sur les figures 1 et 2 est illustré, dans une position de transport, un ensemble 10 comportant un véhicule terrestre 12 et un drone 14 équipé ici de deux turboréacteurs 16, supporté par le véhicule 12.
[0034] Le drone 14 illustré n’est qu’un exemple d’une classe de drones destinés à être transportés et lancés à l’aide du véhicule 12, et qui est constituée par les drones à un ou plusieurs turboréacteurs ou turbopropulseurs présentant un fuselage 18 et une voilure 20 qui, en vol, présente une large envergure, notamment supérieure à 2 mètres ou 2,5 mètres, voire supérieure à 3 mètres, le cas échéant à géométrie variable, par exemple avec des ailes pliables, de sorte que la largeur de la voilure pour le transport soit plus étroite que pour le lancement et le vol. Le drone 14 présente une masse au décollage relativement élevée, par exemple supérieure à 350kg. Le drone 14 est de préférence sans train d’atterrissage, ce qui permet une réduction du poids à vide et du volume du drone et une réduction significative de la traînée, et concourt également à une augmentation de la charge utile et du rayon d’action. De plus, cette absence de train d’atterrissage permet une simplification mécanique qui limite les risques de défaillance.
[0035] Le véhicule 12 illustré est ici un véhicule automobile tout terrain sur roues, avec un train de roues avant 22 et, de préférence, un double essieu arrière 24 pour augmenter la charge utile et, comme il sera vu plus loin, reprendre les efforts lors du lancement du drone 14 à partir du véhicule 12.
[0036] Le véhicule 12 est équipé d’un système de catapultage 26 du drone 14, comportant une rampe de lancement 28 posée sur une plateforme, illustrée en position de transport sur les figures 1 et 2, en cours de déploiement sur la figure 3, et dans une position de lancement sur les figures 4 et 5. La rampe de lancement 28 comporte plusieurs tronçons, articulés deux à deux, en l’occurrence un tronçon central 28A, un tronçon arrière 28B articulé à une extrémité arrière du tronçon central 28A et un tronçon avant 28C articulé à une extrémité avant du tronçon central 28C. En position de transport, les tronçons 28A, 28B, 28C sont positionnés côte à côte sur un plateau de support 30. En dépliant les tronçons arrière 28B et avant 28C, comme illustré sur la figure 3, on amène la rampe de lancement dans la position de lancement illustré sur la figure 4. Les axes de pivotement 32AB, 32AC des articulations entre le tronçon central 28A et le tronçon arrière 28B d’une part et entre le tronçon central 28A et le tronçon avant 28C d’autre part, sont parallèles entre eux et, de préférence, verticaux en position de transport et lors du déploiement, pour limiter les efforts de déploiement. Le déploiement peut le cas échéant comporter une phase finale de pivotement de la plateforme 30 et de la rampe dépliée autour d’un axe de pivotement horizontal transversal 34, à l’aide d’une grue 35, de sorte que la rampe 28 en position de lancement est plus inclinée que ses tronçons 28A, 28B, 28C en position de transport, qui sont de préférence horizontaux.
[0037] Dans la position de lancement illustrée sur la figure 4, la rampe de lancement 28 présente une portion d’extrémité avant qui dépasse d’une extrémité avant de la caisse du véhicule, et le véhicule est de préférence équipé d’un train roulant avant d’équilibrage amovible 36, mobile entre une position de stockage à l’arrière du véhicule (figure 1) et une position opérationnelle (figure 4), le train roulant avant d’équilibrage 36 en position opérationnelle ayant des roues situées à moins de 50 cm du sol, à distance devant l’extrémité avant de la caisse du véhicule, par exemple à plus de 1 mètre devant l’extrémité avant de la caisse, de préférence sous la portion d’extrémité avant de la rampe de lancement 28. Un bras de support 38 avant relie une portion avant de la rampe de lancement 28 à une extrémité avant de la caisse du véhicule 12, en un point situé longitudinalement entre le train de roues avant 22 du véhicule 12 et le train roulant avant d’équilibrage amovible 36.
[0038] De façon similaire, la rampe de lancement 28 en position de lancement présente une portion d’extrémité arrière qui dépasse d’une extrémité arrière de la caisse du véhicule 12, et le véhicule 12 est de préférence équipé d’un train roulant arrière d’équilibrage amovible 40, mobile avec le tronçon arrière 28B de la rampe de lancement 28 entre une position de stockage (sur la figure 1) et une position opérationnelle (sur la figure 4), le train roulant arrière d’équilibrage amovible 40 en position opérationnelle ayant des roues situées à moins de 50 cm du sol, derrière une l’extrémité arrière de la caisse du véhicule 12, de préférence sous la portion d’extrémité arrière de la rampe de lancement 28.
[0039] Le déploiement des tronçons 28B, 28C de la rampe de lancement illustré sur la figure 3 se fait à l’arrêt, mais, de façon remarquable, le véhicule 12 est apte à se déplacer en roulant avec le système de catapultage 26 du drone 14 dans la position de lancement de la figure 4.
[0040] Le cas échéant, il est possible d’allonger davantage la rampe de lancement 28 avec des tronçons supplémentaires qui viennent s’interposer entre le tronçon central 28A et l’un et/ou l’autre des tronçons d’extrémité avant 28C et arrière 28B. Les tronçons supplémentaires peuvent être transportés dans une remorque ou un véhicule d’accompagnement. Les opérations de montage pour le déploiement de la rampe sont alors plus importantes, et le véhicule n’est plus en mesure de se déplacer avec la rampe de lancement allongée déployée. [0041] Alternativement, il est possible, selon la variante de réalisation illustrée sur la figure 6, de conserver la structure à trois tronçons 28A, 28B, 28C, en agrandissant chacun des tronçons. Dans cette hypothèse, il est prévu, en lieu et place des trains d’équilibrage amovibles 36, 40, des pieds amovibles 136, 140 en appui sur le sol. Il est prévu en outre des stabilisateurs amovibles 142 qui viennent en appui sur le sol pour figer le véhicule 12 dans la position de la figure 6.
[0042] La rampe de lancement 28 définit une direction de lancement située dans un plan longitudinal vertical médian du véhicule et une trajectoire linéaire d’une longueur supérieure à 6 mètres, et de préférence supérieure à 8 mètres dans la position de lancement de la figure 5, et pouvant dépasser 14 mètres dans la position de lancement de la figure 6, pour un équipage mobile 44 supportant le drone 12.
[0043] Cet équipage mobile 44 est ici constitué par un chariot roulant dans des glissières de la rampe de lancement 28, mais il est envisagé en alternative d’équiper l’équipage mobile 44 et la rampe de lancement d’un circuit de sustentation électromagnétique de l’équipage mobile 44 par rapport à la rampe de lancement 28. L’équipage mobile 44 est pourvu d’un déflecteur thermique 45 de protection d’une portion de la rampe de lancement située derrière l’équipage mobile 44 par référence à la direction de lancement.
[0044] Le système de catapultage 26 permettant le lancement du drone 12 comporte un moteur linéaire 46 comportant un inducteur 48 disposé le long de la trajectoire linéaire et un induit 50 disposé sur l’équipage mobile 26, comme schématisé sur la figure 7. Le moteur linéaire 46 est de préférence un moteur synchrone dont l’induit 50 est composé d’aimants permanents ou d’électroaimants et l’inducteur 48 comporte des électroaimants ou des enroulements. Plus précisément, l’inducteur 48 du moteur linéaire 46 s’étend depuis l’extrémité arrière de la rampe de lancement 28 vers l’avant sur une portion seulement de la rampe de lancement, dite portion d’accélération. Une portion de la rampe de lancement 28, dite portion de freinage, située à l’extrémité avant de la rampe de lancement est réservée au freinage de l’équipage mobile après lancement du drone. [0045] Le moteur linéaire 46 est alimenté par un circuit d’alimentation illustré sur la figure 7 et logé de préférence dans un compartiment 47 du véhicule 12. L’inducteur 48 du moteur linéaire 46 est relié à un bus à courant continu 52 par l’intermédiaire d’un onduleur 54 et d’un circuit de commutateurs de puissance de commande 56. De façon remarquable, ce bus à courant continu 52 est alimenté électriquement par un accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs 58. L’accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs 58 présente une capacité électrique supérieure à 10 F, de préférence supérieure à 15 F, et une tension nominale supérieure à 500V, et de préférence supérieure à 600 V, et de préférence supérieure à 700V, et de préférence supérieure à 750V. Le bus à courant continu 52 peut avantageusement être relié à un filtre passe-bas 60 pour limiter les surtensions transitoires et à un circuit de décharge 62 pour permettre le cas échéant une décharge des supercondensateurs.
[0046] Le circuit d’alimentation du moteur linéaire comporte en outre un circuit de charge de l’accumulateur d’énergie électrique 58 à un ou plusieurs supercondensateurs, comportant une ou plusieurs sources primaires d’énergie électrique 64, 66 aptes à délivrer une puissance de préférence supérieure à 5KW, qui peuvent inclure notamment : une source primaire d’énergie électrique en courant continu, par exemple un groupe électrogène à courant continu, une batterie ou une pile à combustible ; et/ou une source primaire d’énergie électrique en courant alternatif, par exemple un groupe électrogène à courant alternatif ;
[0047] Ces sources primaires d’énergie électrique sont de préférence portées par le véhicule et peuvent le cas échéant être supplémentées par : un générateur photovoltaïque 67 porté par le véhicule et/ou un système de freinage régénératif de l’équipage mobile 72, 74 relié électriquement au circuit de charge, apte à transformer l’énergie cinétique de l’équipage mobile 44 en énergie électrique transmise au circuit de charge.
[0048] La ou les sources primaires d’énergie électriques 64, 66 sont de préférence reliées au bus à courant continu 52 et à l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs 58 par un circuit adaptateur 68, qui peut inclure par exemple un redresseur ou un élévateur de tension continu.
[0049] La portion de freinage de la rampe de lancement, située à l’extrémité avant de la rampe de lancement, est équipée d’au moins un, et de préférence au moins deux dispositifs de freinage 70 de l’équipage mobile parmi les dispositifs suivants : un dispositif de freinage électromagnétique 72, de préférence un freinage par courants de Foucault ; un dispositif d’absorption d’énergie de chocs par plots élastomères 74 ; un dispositif d’absorption d’énergie réversible fluidique ; un dispositif de freinage par friction.
[0050] Le cas échéant, le dispositif de freinage électromagnétique 72 peut être relié au bus à courant continu par un convertisseur d’énergie 74 incluant un redresseur, pour constituer un circuit de freinage régénératif. Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés ci-dessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux les différents modes de réalisation illustrés pour en proposer d'autres.
[0051] Pour faire décoller le drone 14 à partir de la position de lancement de la figure 4, on alimente les turboréacteurs ou turbopropulseurs et on les amène à un régime de poussée maximale, tout en maintenant le drone 14 fixé à l’équipage mobile 44 par un premier système de verrouillage et l’équipage mobile 44 fixe par rapport à la rampe de lancement 28 par un deuxième système de verrouillage. L’accumulateur d’énergie à supercondensateurs 58 étant chargé, on commande une décharge brusque dans l’inducteur 48, par l’intermédiaire de l’onduleur 54 et du circuit de commutateurs de puissance 56. Le moteur linéaire est commandé de préférence de manière à produire sur l’induit 50 et l’équipage mobile 44 une force constante pendant toute la phase de lancement et de décollage, sur une longueur qui peut être de l’ordre de 6 mètres pour une rampe de lancement de 8 mètres, ou de 8 mètres pour une rampe de lancement de 10 mètres. Le verrou entre l’équipage mobile 44 et la rampe de lancement 28 est libéré, et l’équipage mobile subit une accélération proportionnelle à la force électromagnétique résultante sur l’induit 50 et à la poussée des turboréacteurs 16 ou turbopropulseurs. Le verrou entre l’équipage mobile 44 et le drone 14 est libéré dès qu’est atteint une vitesse du drone 16 par rapport à la masse d’air environnante suffisante pour assurer la portance du drone 16, qui se sépare de l’équipage mobile 14 au plus tard lorsque l’équipage mobile pénètre dans la portion d’extrémité avant de la rampe 28 qui comporte le ou les dispositifs de freinage de l’équipage mobile 44. Enfin, et comme illustré sur la figure 5, l’équipage mobile 44, dont la masse est malgré tout importante puisqu’elle inclut la masse de l’induit 50, est ralenti et arrêté par les divers dispositifs de freinage, et notamment par le frein électromagnétique 72 et l’amortisseur 74. L’ensemble de cette procédure de décollage du drone 14 peut se dérouler à l’arrêt du véhicule terrestre 12, ou, de manière préférentielle, alors que le véhicule terrestre 12 roule en ligne droite à vitesse régulée, ce qui permet d’atteindre plus rapidement la vitesse relative souhaitée du drone 14 par rapport à la masse d’air.
[0052] À partir de la position de lancement de la figure 6, la procédure de décollage est similaire, mais naturellement à l’arrêt du véhicule 12.
[0053] Diverses modifications sont envisagées. Le moteur linéaire 46 peut être une machine asynchrone. Le mécanisme de déploiement de la rampe de lancement peut être télescopique. Le véhicule 12 peut être une remorque ou semi-remorque, ou un véhicule articulé composé d’un tracteur et d’une remorque ou semi-remorque. Il peut également s’agir d’un véhicule sur chenilles.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Véhicule terrestre (12) pour le lancement d’un drone (14) équipé d’un ou plusieurs turboréacteurs ou turbopropulseurs (16), le véhicule terrestre (12) étant pourvu d’un système de catapultage (26) du drone (14), comportant une rampe de lancement (28) et un équipage mobile (44) de support du drone (14), l’équipage mobile (44) étant, dans une position de lancement du système de catapultage (26), guidé par la rampe de lancement (28) dans une direction de lancement (100) le long d’une trajectoire linéaire de la rampe de lancement (28), le système de catapultage (26) comportant au moins un moteur linéaire (46) synchrone à aimants permanents comportant un inducteur (48) constitué d’enroulements ou d'électroaimants alimentés en courant alternatif, et un induit (50) constitué d’aimants permanents, et au moins un accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs (58) pour l’alimentation électrique du moteur linéaire (46). caractérisé en ce que la rampe de lancement (28) présente une longueur supérieure à 8 mètres, l’inducteur étant statorique, les enroulements ou électroaimants de l’inducteur étant disposés le long de la trajectoire linéaire et les aimants permanents de l’induit étant disposés sur l’équipage mobile (44), le véhicule terrestre (12) étant apte au lancement d’un drone (14) présentant une masse au décollage supérieure à 350kg et une envergure supérieure à deux mètres
2. Véhicule (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs (58) présente une capacité électrique supérieure à 10 F, de préférence supérieure à 15 F, et une tension nominale supérieure à 500V, et de préférence supérieure à 600 V, et de préférence supérieure à 700V, et de préférence supérieure à 750V.
3. Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : le moteur linéaire (46) est relié à l’accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs (58) par un onduleur (54) ; et/ou l’inducteur (48) est piloté par un circuit de commutateurs de puissance (56).
4. Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de catapultage (26) comporte un circuit de charge de l’accumulateur d’énergie électrique à un ou plusieurs supercondensateurs (48), comportant une ou plusieurs sources primaires d’énergie électrique (64, 66, 67).
5. Véhicule (12) selon la revendication 4, caractérisé en ce que : la ou les sources primaires d’énergie électrique (64, 66, 67) comportent au moins une source primaire d’énergie électrique en courant continu, par exemple un groupe électrogène à courant continu, une batterie ou une pile à combustible ; et/ou la ou les sources primaires d’énergie électrique (64, 66, 67) comportent au moins une source primaire d’énergie électrique en courant alternatif, par exemple un groupe électrogène à courant alternatif, relié à l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs (58) par un redresseur ; et/ou la ou les sources primaires d’énergie électrique (64, 66, 67) sont aptes à délivrer une puissance supérieure à 5KW ; et/ou le circuit d’alimentation électrique de l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs (58) est relié à des panneaux photovoltaïques (67) portés par le véhicule ; et/ou
Le système de catapultage (26) comporte un système de freinage régénératif (72) de l’équipage mobile relié électriquement à l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs (58), apte à transformer l’énergie cinétique de l’équipage mobile (44) en énergie électrique transmise à l’accumulateur d’énergie électrique à supercondensateurs (58). Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de catapultage (26) comporte au moins un, et de préférence au moins deux dispositifs de freinage de l’équipage mobile parmi les dispositifs suivants : un dispositif de freinage électromagnétique (72), de préférence un freinage par courants de Foucault, disposé dans une portion d’extrémité avant de la rampe de lancement (28) ; un dispositif accumulateur d’énergie cinétique à ressorts ; un dispositif d’absorption d’énergie de chocs par plots élastomères (74) ; un dispositif d’absorption d’énergie réversible fluidique ; un dispositif de freinage par friction. Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rampe de lancement (28) en position de lancement présente une portion d’extrémité avant qui dépasse d’une extrémité avant de la caisse du véhicule (12), et le véhicule est équipé d’un train roulant avant d’équilibrage amovible (36), mobile entre une position de stockage et une position opérationnelle, le train roulant avant d’équilibrage amovible (36) en position opérationnelle ayant des roues situées à moins de 50 cm du sol, à distance devant l’extrémité avant de la caisse, par exemple à plus de 1 mètre devant l’extrémité avant de la caisse, de préférence sous la portion d’extrémité avant de la rampe de lancement (28). Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rampe de lancement (28) en position de lancement présente une portion d’extrémité arrière qui dépasse d’une extrémité arrière de la caisse du véhicule, et le véhicule est équipé d’un train roulant arrière d’équilibrage amovible (40), mobile entre une position de stockage et une position opérationnelle, le train roulant arrière d’équilibrage amovible (40) en position opérationnelle ayant des roues situées à moins de 50 cm du sol, derrière une l’extrémité arrière de la caisse du véhicule, de préférence sous la portion d’extrémité arrière de la rampe de lancement (28). Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule (12) est apte à se déplacer en roulant avec le système de catapultage (26) du drone (12) en position de lancement. Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le véhicule comporte au moins deux, et de préférence au moins trois stabilisateurs amovibles (142) entre une position de retrait et une position opérationnelle en appui sur le sol. Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la rampe de lancement (28) comporte plusieurs tronçons articulés (28A, 28B, 28C) dont certains au moins sont mobiles entre la position de lancement, dans laquelle les tronçons (28A, 28B , 28C) sont alignés et une position de transport, dans laquelle les tronçons (28A, 28B , 28C) sont côte à côte. Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’équipage mobile (44) est pourvu d’un déflecteur thermique (45) de protection d’une portion de la rampe de lancement (28) située derrière l’équipage mobile (44) par référence à la direction de lancement (100). Véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : l’équipage mobile (44) comporte un chariot roulant sur la rampe de lancement, et/ou l’équipage mobile (44) et la rampe de lancement sont équipés d’un circuit de sustentation électromagnétique de l’équipage mobile par rapport à la rampe de lancement. Ensemble (10) comportant un véhicule (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, et un drone (14) d’une envergure supérieure à 2 mètres, ayant une masse au décollage supérieure à 350kg, et équipé d’un ou plusieurs turboréacteurs (16) ou turbopropulseurs, supporté par l’équipage mobile (44).
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