DOMAINE DE L’INVENTION

Le domaine de l’invention est celui de dirigeables de structure rigide à propulsion électrique, conçus pour le transport de charges lourdes, et plus particulièrement celui de la structure mécanique de nacelles de production d’énergie électrique équipant ces dirigeables.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Pour l’alimentation en énergie électrique de dirigeables à propulsion électrique, plusieurs voies technologiques peuvent être envisagées parmi lesquelles Tutilisation d’un turbogénérateur ou d’une pile à combustible.

Pour Tune ou l’autre de ces voies technologiques visant à procurer un système embarqué de génération électrique, se pose la question de la sécurité du dirigeable dans le cas d’une défaillance du système de génération électrique. En particulier, dans le cas de Tutilisation d’un turbogénérateur, une défaillance mécanique de l’arbre de la turbine peut entraîner la projection à grande vitesse de pièces mécaniques qui peuvent heurter le corps principal du dirigeable et le mettre en situation de péril. Il faut également prendre en compte le risque feu induit par le fonctionnement d’un turbogénérateur en cas de risque de fuite de carburant. De même dans Tutilisation d’une pile à combustible, il existe des risques technologiques dus à la présence de gaz hydrogène.

Pour ces raisons, il est généralement prévu de disposer ces systèmes de génération électrique - qui peuvent être de forte puissance - à l’extérieur du corps principal du dirigeable. On limite ainsi les risques de propagation d’un feu naissant au niveau d’un turbogénérateur ou de destruction de la structure mécanique du dirigeable du fait d’une projection de pièces mécaniques. Il existe déjà des architectures de dirigeable comportant des nacelles intégrant des systèmes d’énergie électrique et reliés mécaniquement au corps du dirigeable. La réalisation de telles nacelles pose toutefois des problèmes techniques dès lors que Ton vise de hauts niveaux de puissance électriques, tant pour des raisons d’optimisation de masse que de sécurité de la liaison mécanique entre ces nacelles et le corps du dirigeable.

Un objectif de la présente invention est de résoudre ces problèmes en proposant une nouvelle structure de nacelle de génération électrique mise en œuvre dans un dirigeable à propulsion électrique.

EXPOSE DE L’INVENTION

Cet objectif est atteint avec un dirigeable comportant un corps principal ayant une structure rigide entourant une pluralité de conteneurs d’un gaz plus léger que l’air, une pluralité de groupes propulseurs reliés mécaniquement à cette structure rigide et comportant chacun un ou plusieurs moteurs électriques d’entraînement d’une hélice propulsive, et un ou plusieurs unités de génération d’énergie électrique prévues pour alimenter ledit un ou plusieurs moteurs électriques.

Suivant l’invention, le dirigeable comprend en outre deux nacelles disposées symétriquement de part et d’autre du corps principal et agencées pour recevoir chacune une ou plusieurs desdites unités de génération d’énergie électrique, chaque nacelle comprenant une structure mécanique reliée à la structure rigide du corps principal par :

(i) une interface d’articulation d’un point déterminé d’une partie inférieure de ladite structure mécanique de nacelle par rapport à la structure rigide,

(ii) une interface de type « fail safe » entre un point d’une partie supérieure de ladite structure mécanique de nacelle et ladite structure rigide, prévue pour maintenir une liaison mécanique secondaire d’attente au-delà d’une limite supérieure de traction prédéterminée, et

(iii) au moins une barre ou un câble faisant fonction de hauban en traction entre un premier point de fixation sur la structure rigide du corps principal et un second point de fixation sur la structure mécanique de nacelle.

Les barres ou câbles de hauban peuvent par exemple comprendre une barre ou un câble de liaison avant, une barre ou un câble de liaison arrière et une barre ou un câble de liaison haute.

La structure mécanique de nacelle peut par exemple être réalisée sous la forme d’un treillis de poutres/tubes composites. Mais on peut aussi envisager pour la réalisation de cette structure mécanique l’utilisation de bien d’autres matériaux et techniques dès lors que celles-ci sont compatibles avec les standards de sécurité en matière de feu et avec la classification zonale. On peut ainsi envisager l’utilisation de lisses, cadres ou peaux rivetées. On peut aussi prévoir une structure de nacelle réalisée par moulage. Par ailleurs, des protections thermiques peuvent être prévues pour des parties de la structure mécanique de nacelle qui présentent un risque d’exposition au feu.

Une nacelle peut en outre comprendre des moyens de treuil pour contrôler la descente d’une unité de génération d’énergie électrique, lesdits moyens de treuil étant fixés à la partie supérieure de la structure de nacelle. On peut aussi prévoir l’utilisation d’équipements de support au sol (GSE : « ground Support Equipements » ) pour la dépose des unités de génération d’énergie électrique.

Au moins une nacelle carénée peut en outre comprendre une enveloppe comportant une partie rigide qui peut en outre comprendre des ouvertures pour au moins une entrée de ventilation et au moins une sortie de ventilation de la nacelle.

L’enveloppe de nacelle peut en outre comprendre une partie semi-rigide disposée entre le corps principal du dirigeable et la partie rigide, cete partie semi-rigide pouvant comprendre une sortie d’évacuation pour le refroidissement d’un système de stockage d’énergie électrique et au moins une ouverture pour le passage d’une barre ou d’un câble faisant fonction de hauban.

L’enveloppe de nacelle peut en outre comprendre une partie souple s’étendant depuis la partie rigide vers une extrémité distale de la nacelle qui est équipée d’un dispositif lumineux de position. Dans une première configuration, la ou les unités de génération d’énergie électrique peuvent comprendre au moins un turbogénérateur. Dans cette configuration, la partie rigide de la nacelle peut comprend en outre au moins une ouverture pour la sortie des gaz d’échappement de ce turbogénérateur.

Dans une seconde configuration, la ou les unités de génération d’énergie électrique peuvent comprendre au moins un système de pile à combustible.

Dans un autre mode de réalisation d’une nacelle équipant un dirigeable selon l’invention, au moins une des nacelles carénées peut en outre comprendre une enveloppe en matériau souple tendue sur une pluralité d’arceaux entourant ladite nacelle.

Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé une nacelle pour un dirigeable comportant un corps principal ayant une structure rigide entourant une pluralité de conteneurs d’un gaz plus léger que l’air et des propulseurs électriques, cette nacelle comprenant au moins une unité de génération d’énergie électrique pour alimenter lesdits propulseurs électriques, caractérisée en ce qu’elle est carénée et comprend une structure mécanique reliée à la structure rigide du corps principal par :

(i) une interface d’articulation d’un point déterminé d’une partie inférieure de ladite structure mécanique de nacelle par rapport à la structure rigide,

(ii) une interface de type « fail safe » entre un point d’une partie supérieure de ladite structure mécanique de nacelle et ladite structure rigide, prévue pour maintenir une liaison mécanique secondaire d’attente au-delà d’une limite supérieure de traction prédéterminée, et

(iii) au moins une barre ou un câble faisant fonction de hauban en traction entre un premier point de fixation sur la structure rigide du corps principal et un second point de fixation sur la structure mécanique de nacelle.

Cette nacelle peut présenter une forme de nageoire ou toute forme aérodynamiquement acceptable et permettant d’interconnecter les systèmes internes au dirigeable aux systèmes externes des unités de génération d’énergie électrique.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

La figure 1 représente une vue latérale d’un exemple de réalisation d’un dirigeable équipé de deux nacelles de production d’énergie électrique.

La figure 2 illustre un exemple de couplage mécanique d’une nacelle à la structure rigide d’un dirigeable selon l’invention.

La figure 3 illustre un exemple de réalisation d’une enveloppe d’une nacelle de production d’énergie électrique selon l’invention.

La figure 4 illustre une structure mécanique d’une nacelle de production d’énergie électrique selon l’invention.

La figure 5 illustre une implantation de la structure mécanique de la nacelle par rapport à celle du dirigeable. DESCRIPTION DETAILLEE

En référence à la figure 1, un dirigeable de structure rigide D comporte un ensemble de groupes propulseurs P alimentés en énergie électrique à partir de systèmes de production d’énergie électrique intégrés dans deux nacelles externes 1 en forme de nageoire (dont une seule est représentée sur la figure 1).

Une nacelle en forme de nageoire 1 comprend une structure mécanique 300 réalisée à partir de treillis de poutres en matériau composite et recouverte d’une peau de coque ou de carénage 10. Cette structure mécanique 300 comprend une partie 30 de liaison entre une partie supérieure 31 prévue pour porter deux turbogénérateurs 84.1,84.2 et une partie inférieure 9.

La partie supérieure 31 de la structure mécanique est reliée à un cadre 4 du corps principal du dirigeable via une interface mécanique 3 et trois câbles 7,70,71.

La nacelle 1 intègre deux groupes turbogénérateurs 84.1,84.2 montés suspendus à la partie supérieure 31 de la structure mécanique de la nacelle 1 , un système de batteries de stockage 85, et un plancher 5.

Ce plancher 5 comprend une voie d’accès 50 depuis l’intérieur du dirigeable D dans la nacelle 1, et une partie de plancher 52 entourant les deux turbogénérateurs 84.1,84.2. Des parties évidées 51 sont ménagées dans le plancher 5 pour permettre une dépose des turbogénérateurs au moyen de treuils prévus sur la partie supérieure 31 de la structure mécanique. Il est à noter que la présente invention peut tout autant être mise en œuvre dans une nacelle qui ne dispose pas d’un plancher.

Les deux turbogénérateurs 84.1,84.2 sont reliés en sortie à un système de conversion d’énergie 85 à un système de batteries de stockage 92 qui sont reliées à un système de distribution électrique au sein du dirigeable.

Cette nacelle est outre pourvue d’un système de gestion thermique conçu pour refroidir les turbogénérateurs, et ventiler les enceintes de confinement contenant ces turbogénérateurs, refroidir les systèmes de conversion d’énergie et de batteries de stockage. La peau de la nacelle devra ainsi accueillir l’ensemble des interfaces des systèmes internes à la nacelle avec l’extérieur, notamment des conduits d’entrée d’air, des conduits d’évacuation de gaz ou des drains.

Dans un exemple pratique de réalisation d’une nacelle illustré par la figure 3, l’enveloppe de nacelle 200 comprend une partie de peau semi-rigide 110 disposée contre la structure mécanique 4 du dirigeable, une partie de peau rigide 120 couvrant sensiblement les turbogénérateurs et une partie de peau souple 130 couvrant l’extrémité distale de la nacelle en forme de nageoire, cette extrémité distale étant pourvue d’un dispositif lumineux de position 131.

La partie de peau rigide 120, réalisée par exemple à partir d’un matériau composite, comporte des ouvertures 121 pour recevoir des conduits d’entrée d’air destinés à la ventilation de la nacelle, des ouvertures 123 pour recevoir des conduits d’évacuation des gaz de combustion des turbogénérateurs, et des ouvertures 124 pour recevoir des grilles de sortie de ventilation de la nacelle. La partie de peau semi-rigide 110, réalisée par exemple dans un matériau de type polymère pour filet, comprend une grille d’évacuation 111 du refroidissement d’un système de batteries intégré dans la nacelle, et des ouvertures 117,118,119 prévues pour laisser passer les câbles de hauban 7,70,71 reliant la structure mécanique de la nacelle à celle du dirigeable.

Dans un exemple particulier de réalisation d’une structure mécanique de nacelle illustré par les figures 5 et 6, la structure mécanique 300, réalisée par assemblage en treillis de tubes en matériau composite, comprend une partie de liaison 30 fixée à ses deux extrémités respectivement supérieure et inférieure par respectivement une interface de liaison mécanique 3 de type « fail safe » et une articulation 34 à des poutres en treillis structurelles longitudinales 44,42 dont des extrémités sont reliées à des poutres en treillis périphériques 41,44 dans la structure du corps principal du dirigeable.

Cette partie de liaison 30 est reliée rigidement d’une part à une partie supérieure 31 conçue pour porter en suspension deux turbogénérateurs et leurs équipements auxiliaires, et d’autre part à une partie inférieure 9 prévue pour recevoir un plancher 5 permettant à un opérateur d’accéder depuis l’intérieur du dirigeable auprès des turbogénérateurs à des fins de maintenance. Des pièces de structure mécanique 6 sont disposées entre la partie supérieure 31 et la partie inférieure afin de rigidifïer la structure mécanique 300 de la nacelle. La structure mécanique est en outre reliée à la structure mécanique 4 du corps principal du dirigeable au moyen de trois câbles ou tiges 7,70,71 faisant fonction de hauban, chacun de ces câbles ou tiges ayant une première extrémité inférieure fixée en un point de la partie supérieure de la structure de nacelle 300 et une seconde extrémité supérieure fixée en un point de la structure mécanique 4 du corps principal du dirigeable.

On peut par exemple prévoir une premier câble 7 de liaison avant entre un point de la partie supérieure de la structure mécanique de nacelle 300 et un point de la structure rigide 4 du dirigeable situé en avant de la nacelle, un second câble 70 de liaison haute entre un point de la partie supérieure de la structure mécanique de nacelle et un point situé sur une partie haute de la structure rigide du dirigeable surplombant la nacelle, et un troisième câble 71 de liaison arrière entre un point de la partie supérieure de la structure mécanique de nacelle et un point de la structure rigide du dirigeable situé en arrière de la nacelle.

En cas d’une poussée violente vers le bas subie par la nacelle menant à la rupture du câble de rétention principal ou de débris sectionnant ce câble principal, l’interface de liaison « fail safe » 3 remplit sa fonction et commute mécaniquement en mode « safe » en réalisant une liaison mécanique secondaire en attente, ce qui évite une dégradation de la structure mécanique du dirigeable. La nacelle se trouve alors retenue par les câbles de hauban 7,70,71, ce qui évite la perte de cette nacelle.

L’interface de liaison « fail safe » 3 peut par exemple être réalisée par une barre avec chappe d’attente, un piston mécanique 3B et un câble faiblement chargé 3A.

Bien sûr d’autres modes de réalisation d’une structure mécanique d’une nacelle selon l’invention peuvent être envisagés sans sortir du cadre de la présente invention. En particulier, on peut envisager d’autres géométries de l’enveloppe que celle qui vient d’être décrite.