FR3155206A3 - Aerostat dirigeable a enveloppe hybride - Google Patents

Abstract

Aérostat dirigeable (1) comprenant une enveloppe (2) délimitant un espace intérieur (3) à volume variable susceptible d’être rempli par un gaz porteur, une nacelle portant au moins un propulseur, un système (6) de variation du volume par serrage, comportant une pluralité de câbles (7) d’ajustement de voilure. FIGURE 3

Description

AEROSTAT DIRIGEABLE A ENVELOPPE HYBRIDE

La présente invention concerne un aérostat dirigeable. Elle concerne plus particulièrement un aérostat dirigeable comprenant une enveloppe délimitant un espace intérieur à géométrie variable susceptible d’être rempli par un gaz porteur, une nacelle portant au moins un propulseur et un système de variation du volume par serrage.

Un dirigeable hybride utilise à la fois la portance d’un gaz plus léger que l’air comme un ballon et la portance aérodynamique de sa vitesse de déplacement dans l’air, comme un avion. La portance aérostatique appelée aussi poussée d’Archimède, s’exerce au centre de portance aérostatique et la portance aérodynamique au foyer de l’aile. Ces deux portances sont censées compenser le poids de la machine qui s’exerce au centre de gravité. Évidemment la portance aérodynamique varie en fonction de la vitesse. Elle est nulle à l’arrêt.

A titre d’illustration, dans un dirigeable à peu près cylindrique type « Zeppelin », la poussée d’Archimède est au milieu de la longueur et le foyer à environ 25% de la longueur. Quelle que soit la position du centre de gravité, à priori fixe pendant le vol, il faudra compenser un couple du au déséquilibre des moments. Ceci se fait au moyen d’une gouverne de profondeur qui doit être de plus en plus à piquer quand la vitesse augmente. Évidemment cela augmente la trainée. Plus la part de la portance aérodynamique est importante, plus le problème est difficile à résoudre, car il faut que, de toutes façons, à l’arrêt, lorsque la portance aérodynamique est nulle et l’empennage inefficace, le centre de gravité passe par le centre de poussée statique. Éventuellement un train d’atterrissage ou un mât peuvent contrer un léger déséquilibre au sol.

Le problème est particulièrement important sur les dirigeables hybrides. La solution généralement retenue consiste à mettre un ballonnet à l’avant et un à l’arrière. On peut ainsi alourdir l’avant ou l’arrière de la machine en gonflant le ballonnet choisi. Mais on sait que la technique des ballonnets a l’inconvénient d’augmenter le volume de la carène donc sa prise au vent et son poids.

Pour pallier ces différents inconvénients, l’invention prévoit différents moyens techniques.

Tout d’abord, en premier objectif, l’invention consiste à prévoir un aérostat dirigeable avec enveloppe à géométrie variable permettant d’améliorer les caractéristiques aérodynamiques de l’appareil.

Un autre objectif de l’invention consiste à proposer un aérostat dirigeable avec enveloppe à géométrie variable permettant une utilisation fiable, sécuritaire, pour toutes les configurations de vol de l’appareil.

Pour ce faire, l’invention prévoit un aérostat dirigeable comprenant une enveloppe délimitant un espace intérieur et un profil à géométrie variable et susceptible d’être rempli par un gaz porteur, une nacelle portant au moins un propulseur, un système de variation du volume par serrage, le système de variation de volume comportant une pluralité de câbles d’ajustement de voilure commandables indépendamment de façon à déplacer le gaz porteur le long de l’enveloppe.

De manière avantageuse, le profil à géométrie variable permet de déplacer le centre de portance aérostatique CPA le long de l’enveloppe.

Cette architecture permet, grâce aux dispositions spécifiques des câbles d’ajustement, de faire varier le volume et le profil de l’enveloppe spécifiquement pour permettre de déplacer le gaz porteur et donc le centre de portance aérostatique le long de l’enveloppe, dans le but de maintenir l’aérostat dans le meilleur équilibre possible en fonction du déplacement du foyer, du fait des variations de vitesse.

De manière avantageuse, l’enveloppe comprend des nervures longitudinales supérieures et inférieures avec lesquelles les câbles coopèrent.

Selon un mode de réalisation avantageux, l’aérostat dirigeable comprend un pilote automatique permettant le pilotage en centrage arrière.

Cet agencement permet d’épauler ou de compléter le système préalablement décrit lors des différentes phases de vol de l’aérostat.

De manière avantageuse, l’aérostat dirigeable comprend un calculateur adapté pour gérer le volume de l’espace intérieur et le profil de l’enveloppe.

Pour cette mise en œuvre, le calculateur peut par exemple commander les treuils du système de variation de volume, en fonction des besoins de positionnement du centre de pression aérostatique.

Selon les cas, le propulseur peut être électrique ou thermique.

Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 4, présentées uniquement à des fins d’exemples non limitatifs, et dans lesquelles :

Fig.1

FIG. 1laFIG. 1est une représentation schématique d’un exemple d’aérostat dirigeable selon l’invention;

Fig.2

FIG. 2laFIG. 2montre un exemple d’enveloppe multilobes susceptible d’être utilisée avec un aérostat dirigeable selon l’invention.

Fig.3

FIG. 3laFIG. 3est une vue en coupe transversale de l’enveloppe lorsque l’aérostat se déplace à très faible vitesse, avec portance aérodynamique nulle ;

Fig.4

FIG. 4laFIG. 4est une vue en coupe transversale de l’enveloppe lorsque l’aérostat se déplace à vitesse élevée générant une portance élevée.

Tel qu’illustré, l’aérostat dirigeable 1 comprend une enveloppe 2, de préférence souple, permettant de former un espace intérieur 3 susceptible d’être rempli par un gaz porteur. Ce gaz est plus léger que l’air ambiant et permet de générer au moins une partie de la sustentation de l’aéronef.

Dans l’exemple de réalisation illustré, une nacelle 4 est reliée à l’enveloppe 2 par exemple par des liens 9. La nacelle sert entre autres à loger les systèmes de vol de l’aérostat et au moins un propulseur 5.

LaFIG. 2illustre un exemple de réalisation d’une enveloppe 2 d’aérostat dirigeable 1 multilobes de forme sensiblement allongée, avec un lobe principal 10 disposé centralement, et, de chaque côté du lobe principal 10, deux lobes latéraux 11, coopérant avec le lobe central. Les lobes voisins coopèrent ensemble de façon à ce que l’espace intérieur soit continu et unique pour les cinq lobes. Le dirigeable est ainsi de forme sensiblement plane. Le nombre de lobes, les formes et dimensions peuvent varier en fonction des besoins et contraintes d’utilisation.

Les figures 3 et 4 montrent que ce profil peut être plus ou moins uniforme, selon les besoins.

Pour commander les variations de volume et/ou de profil de l’enveloppe, des nervures longitudinales d’ajustements 12 et 15 sont prévues, au niveau des portions inférieures et supérieures de l’enveloppe.

Au moins une nervure longitudinale supérieure d’ajustement 12, disposée dans la portion supérieure de l’enveloppe s’étend longitudinalement. De façon sensiblement symétrique, au moins une nervure inférieure longitudinale d’ajustement 15, disposée dans la portion inférieure de l’enveloppe s’étend aussi longitudinalement, en alignement vertical avec la nervure supérieure longitudinale 12. Les nervures supérieures 12 et inférieures 15 forment ensemble un profil allongé, similaire à un profil d’aile. Les nervures longitudinales d’ajustement 12 et 15 peuvent être en alliage métallique (aluminium, titane ou autre), en composite (de préférence fibré), en textile (tissu, fibre, corde ou autre) ou en bois, selon les dimensions impliquées et les contraintes de forces à prendre en compte, et selon l’usage prévu pour l’aérostat. Pour assurer la rigidité de l’enveloppe de l’aérostat, les nervures 12 et 15 présentent une certaine rigidité, tout en permettant de faire varier le profil de l’enveloppe tel que montré aux figures 3 et 4. Cette déformabilité peut provenir soit d’une certaine déformabilité du matériau des nervures 12 et 15, soit en prévoyant une pluralité de zones dites « souples », comportant des caractéristiques de déformabilité plus élevées que les zones dites « rigides ».

Pour maintenir, et/ou pour faire varier l’écartement entre les nervures supérieures 12 et inférieures 15, des câbles 7 d’ajustement sont prévus, connectés en alternance à une pluralité de points sur chacune des nervures, formant un laçage. Chaque câble a une de ses extrémités attachées de façon fixe à une des nervures, par exemple à sa position la plus éloignée du point central. L’autre extrémité de chaque câble est reliée à un module de serrage, comme par exemple un treuil 8, prévu dans la zone centrale de l’ensemble. Des poulies 13 agencées le long des nervures 12 et 15 permettent aux câbles 7 de se déplacer par enroulement ou déroulement le long des nervures. Dans l’exemple des figures 3 et 4, deux câbles 7 sont prévus, soit un dans la moitié avant, l’autre dans la moitié arrière de l’enveloppe. D’autres agencements avec plus de câbles 7 et plus de treuils et/ou d’autres positions longitudinales des câbles et des treuils peuvent aussi être utilisés. Un nombre élevé de câbles indépendants permet de réaliser un ajustement plus fin du volume et du profil de l’enveloppe.

Tous ces différents agencements sont spécifiquement prévus pour permettre au système 6 de variation du volume de l’enveloppe de tendre les câbles pour procéder à un rapprochement des nervures d’ajustement supérieures 12 et inférieures 15 l’une vers l’autre, ou de les détendre, pour permettre aux nervures de s’écarter l’une de l’autre. Le système de variation de volume 6 est avantageusement contrôlé par le calculateur 14. Un ou des capteurs de tension des câbles peuvent compléter le système de contrôle du calculateur 14.

Tel qu’illustré aux figures 3 et 4, le système de variation de volume est segmenté dans le sens de la longueur de l’enveloppe pour pouvoir non seulement faire varier le volume global, mais aussi définir le profil de l’enveloppe et ainsi déplacer le centre de portance CPA aérostatique, sans augmenter le volume global.

Le système est constitué de deux ou plus unités de laçage comportant chacune un treuil 8 et un câble 7 et réparties sur la longueur des nervures et commandées indépendamment de façon à ce que l’on puisse partiellement déplacer le gaz porteur (hydrogène, hélium, ou autre) le long de la machine de façon à aligner la portance globale (aérostatique et aérodynamique) avec le centre de gravité en fonction des phases de vol.

Ainsi, au décollage, (FIG. 3) il n’y a pas de portance aérodynamique, la portance aérostatique est alignée avec le centre de gravité.

Au roulage, quand on accélère, il se crée progressivement une portance aérodynamique à l’avant de l’appareil. Celle-ci doit être compensée par la gouverne de profondeur en position avant.

Pendant la montée, pour compenser la baisse de pression et l’effet cabreur de la portance aérodynamique, on va relâcher de préférence le ou les câbles arrière, et/ou tendre le ou les câbles avant, ce qui revient à faire reculer le centre de poussée aérostatique (FIG. 4).

En vol de croisière, les empennages doivent être au neutre.

Lors de la descente, en prévision de la décélération qui se produira sur la piste et qu’on ne pourra plus alors contrer par l’empennage, faute de vitesse, on ramène progressivement le gaz vers l’avant ce qui revient à enrouler plus vite à l’arrière qu’à l’avant. Pendant les périodes de montée et de descente, la machine est centrée arrière donc instable, mais un pilote automatique est apte à corriger cette instabilité.

Claims (7)

1. Aérostat dirigeable (1) comprenant une enveloppe (2) délimitant un espace intérieur (3) et un profil à géométrie variable et susceptible d’être rempli par un gaz porteur, une nacelle (4) portant au moins un propulseur (5), un système (6) de variation du volume par serrage, caractérisée en ce que le système (6) de variation de volume comporte une pluralité de câbles (7) d’ajustement de voilure commandables indépendamment de façon à déplacer le gaz porteur le long de l’enveloppe (2).
2. Aérostat dirigeable selon la revendication 1, dans lequel le profil à géométrie variable permet de déplacer le centre de portance aérostatique CPA le long de l’enveloppe (2).
3. Aérostat dirigeable selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l’enveloppe (2) comprend des nervures longitudinales supérieures (12) et inférieures (15) avec lesquelles les câbles (7) coopèrent.
4. Aérostat dirigeable selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un pilote automatique permettant le pilotage en centrage arrière.
5. Aérostat dirigeable selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un calculateur (14) adapté pour gérer le volume de l’espace intérieur (3) et le profil de l’enveloppe (2).
6. Aérostat dirigeable selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le propulseur (7) est électrique.
7. Aérostat dirigeable selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le propulseur (7) est thermique.