Titre de l'invention : AERONEF A VOILURE TOURNANTE A USAGE MIXTE, A CHAINE CINEMATIQUE ALIGNEE

[0001] L'invention concerne un aéronef à voilure tournante, à chaîne cinématique alignée. Cet aéronef est à usage mixte notamment avec emport de passagers en mode piloté ou emport de charge en mode drone.

[0002] Dans le monde aéronautique, une catégorie d'aéronefs est classée en VLA, du trigramme anglo-saxon Very Light Aircraft, aéronefs très légers. Ces aéronefs très légers répondent à des règles différentes de celles des avions tant dans la construction elle-même que dans la maintenance. Ceci a permis de nombreuses innovations et l'accès au vol à de nombreux nouveaux adeptes. Les contraintes subsistent pour ce type de classement comme pour tous les aéronefs, et de façon prépondérante, le poids. Il est à noter que l'excès de poids est toujours à combattre car pour une même puissance développée, plus la structure est lourde plus la charge emportée est limitée, qu'il s'agisse de passagers ou de fret ou d'autre éléments. De plus, c'est un cercle vicieux car plus la structure est lourde, plus il faut de puissance, plus il faut de puissance plus il faut de carburant sauf à limiter le rayon d'action. Il s'agit donc toujours d'un compromis.

[0003] Le domaine concerné par la présente invention est un aéronef à voilure tournante en catégorie aéronefs très légers VLA.

[0004] Un aéronef à voilure tournante comprend, de façon connue, les parties principales suivantes :

- une cellule, pour recevoir des pilotes/passagers ou pour recevoir les moyens électronique de pilotage autonome,

- une motorisation associée à un réservoir de carburant,

- une voilure tournante comportant au moins deux pales, tournant dans un plan sensiblement horizontal, inclinable suivant une plage angulaire donnée,

- une première transmission, avec un axe de rotation sensiblement vertical, interposée entre le moteur et ladite voilure tournante,

- un rotor anti-rotation, tournant dans un plan sensiblement vertical,

- une seconde transmission, avec un axe de rotation sensiblement horizontal, interposée entre ledit moteur et ledit rotor anti rotation,

- une queue destinée à supporter le rotor anti rotation et à l'éloigner de la voilure tournante,

- des patins d'appui au sol, sur lesquels repose l'aéronef posé.

[0005] La conception en VLA est identique à celle des aéronefs certifiés, mais le critère de poids est rédhibitoire pour rester dans cette classe de vol et la masse est nécessairement plus limitée, suivant les législations et les évolutions de ces législations. Aussi, la masse des aéronefs de classe VLA doit être limitée pour permettre reimport de deux passagers ou d'une charge la plus importante possible en mode drone. [0006] De plus, les aéronefs existants comprennent un centre de gravité différent selon qu’ils sont vides ou chargés. Le poids est donc une notion qui doit être anticipée et selon l'art connu, des contre poids sont prévus dans l'architecture de l'aéronef vide pour équilibrer, par exemple le poids du moteur en positionnant avantageusement les passagers ou des poids morts.

[0007] L'aéronef selon la présente invention consiste à prévoir une architecture commune aux deux modes, le mode piloté avec l'emport de passagers et le mode drone avec emport de charge, que les applications soient civiles, militaires, privées, commerciales. Le but de la présente invention est également de permettre un transport dudit aéronef à voilure tournante sur tout lieu d'intervention et d'évolution depuis la zone de stationnement ou de fabrication. Or, ce lieu peut être très éloigné du lieu de résidence dudit aéronef. De plus, ce lieu peut aussi être modifié en fonction des besoins. De fait, l'aéronef doit pouvoir être démontable pour un transfert dans un volume limité, donc à des coûts, eux aussi, limités. Les applications en version emport de charge sont nombreuses, qu'il s'agisse du domaine militaire, du domaine agricole pour des traitements phytosanitaires de zones importantes, pour du ravitaillement de sites inaccessibles autrement que par la voie des airs, pour ne citer que ces exemples d'applications. L'autonomie de l'aéronef à voilure tournante selon la présente invention est tout à fait adaptée à des missions locales et permet de travailler avec un rayon d'action de l'ordre de 250 kms pour donner un ordre d'idée. De plus, dans la version emport de charge, il faut pouvoir disposer de moyens de fixation amovible de la charge afin de pouvoir mettre en place un container destiné à recevoir des colis, des moyens de pulvérisation avec les réservoirs associés, contenant le produit phytosanitaire, des caméras de surveillance et de contrôle, des capteurs de mesure ou autres armes en version militaire, de nouveau pour ne citer que ces applications.

[0008] L'aéronef à voilure tournante selon l'invention comprend :

- un moteur d'entraînement avec un arbre de sortie moteur,

- un boîtier de transfert avec une première sortie et une seconde sortie,

- un cockpit et son électronique de bord,

- une voilure tournante avec son rotor et des pales,

- une queue et son rotor de queue, et

- une unité à patins avec des équipements adaptés à l'application envisagée, et se caractérise en ce que l'arbre moteur du moteur, le boîtier transfert avec sa seconde sortie et l'arbre d'entraînement du rotor de queue sont alignés.

[0009] Cet aéronef à voilure tournante dispose d'un cœur de structure et ce cœur de structure est monolithique.

[0010] Le cœur de structure est plus particulièrement réalisé en matériaux composites à base de fibres de carbone et comprend des logements latéralement, aptes à recevoir les réservoirs de carburant, nécessaires à l'alimentation du moteur d'entraînement.

[0011] L'aéronef à voilure tournante selon l'invention comprend une unité à patins reliée au cœur de structure par des attaches rapides.

[0012] Plus particulièrement, la queue comprend une bride de liaison et le cœur de structure comprend une bride de fixation apte à coopérer avec ladite bride de liaison.

[0013] Selon une autre caractéristique, le cœur de structure comprend un berceau destiné à recevoir le moteur d'entraînement.

[0014] Selon une caractéristique spécifique d'architecture, l'arbre de transmission de sortie du moteur, le boîtier transfert avec sa première sortie vers la voilure tournante et son autre sortie vers le rotor de queue, sont dans un même plan.

[0015] En mode drone, les commandes sont électriques et en mode emport de passagers, les commandes sont manuelles.

[0016] L'aéronef selon l'invention comprend son centre de gravité situé sensiblement le long de l'axe du mat rotor. Ainsi, selon l'invention, le centre de gravité de l'aéronef est sensiblement identique quand l'aéronef est vide ou en charge. Avantageusement, l'aéronef est déjà équilibré lorsqu'il est vide.

[0017] L'invention couvre aussi un container pour aéronef à voilure tournante selon la présente invention. Ce container comprend une ossature avec des moyens de réception pour recevoir les différentes unités dudit aéronef :

- cœur de structure avec moteur d'entraînement et boîtier transfert,

- queue et rotor de queue,

- unité à patins, et

- pales de la voilure.

[0018] Ce container comprend six faces :

- une face inférieure,

- une face supérieure,

- deux faces avant et arrière, avec au moins l'une d'elles montée articulée par rapport à la face inférieure, et

- deux faces latérales.

[0019] La face supérieure est supportée par des montants verticaux, comprenant chacun deux profilés coaxiaux supérieur et inférieur, montés de façon télescopique l'un par rapport à l'autre.

[0020] Ce container est aussi équipé d'un palan de manœuvre, monté sur une poutre, mobile par rapport à ladite face supérieure.

[0021] Selon un mode particulier de réalisation, les parois sont constituées d'un sandwich, âme en nid d'abeille notamment et peaux en alliage léger.

[0022] L'aéronef à voilure tournante selon la présente invention est maintenant décrit à l'aide d'exemples uniquement illustratifs et nullement limitatifs de la portée de l'invention, et à partir des dessins annexés, dessins sur lesquels les différentes figures représentent :

[0023] [Fig. 1] représente une vue schématique en perspective de l'aéronef à voilure tournante selon la présente invention, en version drone, avec emport de charge. [0024] [Fig. 2] représente une vue schématique éclatée des différentes parties constitutives de l'aéronef à voilure tournante de la figure 1.

[0025] [Fig. 3] représente une vue de la cinématique de la transmission avec son alignement.

[0026] [Fig. 4] représente une vue d'un container de transport de l'aéronef à voilure tournante, selon la présente invention, avant sa mise en place dans ledit container.

[0027] [Fig. 5] représente une vue d'un container de transport de l'aéronef à voilure tournante, selon la présente invention, avec l'aéronef démonté et en position transport.

[0028] L'aéronef à voilure tournante selon la présente invention est maintenant décrit en regard des figures 1 ou 2, indifféremment.

[0029] L'aéronef à voilure tournante selon la présente invention comprend un cœur de structure 10, un moteur d'entraînement 12, avec un boitier transfert 14, une voilure tournante 16 et ses commandes, une queue 18, un rotor de queue 20 et ses commandes, un cockpit 22 et une unité 24 à patins.

[0030] Le cœur de structure 10 visible sur la figure 2, est en matériau composite monolithique. Ce cœur de structure est monolithique et reçoit tous les organes de l'aéronef. L'avant et l'arrière sont considérés en regard de la direction de vol symbolisée par la flèche F. Ce cœur de structure 10 monolithique, comprend un logement avant 10-1 destiné à recevoir un berceau 12-1 lui-même adapté pour recevoir le moteur d'entraînement 12. Un logement central 10-2 reçoit le boîtier transfert 14. Sur les flancs du cœur de structure, des logements latéraux ouverts 10-3, en l'occurrence 4 logements latéraux dans le mode de réalisation représenté, sont destinés à recevoir des réservoirs de carburant, destinés à alimenter le moteur d'entraînement 12. Sur l'arrière, le cœur de structure 10 comprend un prolongement 10-4 à terminaison de forme sensiblement cylindrique creuse, avec une bride de fixation 10-5. Des renforts de structure 10-6 sont disposés latéralement.

[0031] Le moteur d'entraînement 12 est rapporté dans le cœur de structure et maintenu par le berceau 12-1. Ce moteur d'entraînement 12 comprend un arbre de transmission de sortie 12-3 qui est relié au boîtier transfert 14. Il est alimenté en carburant à partir des réservoirs de carburant 12-2, ceci de façon connue. Le moteur est un moteur à explosion interne de type connu, notamment sous les marques déposées ROTAX ou D-Motor, afin de fournir et de distribuer la puissance mécanique nécessaire à la voilure tournante 16 et au rotor de queue 20 pour en assurer la mise en rotation.

[0032] Le boitier transfert 14 reçoit l'arbre de transmission de sortie 12-3 du moteur 12 et comprend des jeux de pignons coniques et étagés ainsi que deux sorties, une première sortie 14-1 vers la voilure tournante 16 et l'autre 14-2 vers le rotor de queue 20. Ceci permet, à partir d'une vitesse commune de rotation de l'arbre de transmission de sortie 12-3 du moteur d'entraînement 12, d'obtenir un ratio constant des vitesses différenciées de rotation de la voilure tournante 16 et de rotation du rotor de queue 20.

[0033] La voilure tournante 16 comprend de façon connue un rotor 16-1, en l'occurrence un rotor 16-1 recevant deux pales 16-2 dans le mode de réalisation présenté. Ce rotor 16-1 comporte également de façon connue, les différents roulements, paliers, axes, bagues et tringleries de commande de l'incidence des pales, de l'inclinaison du rotor vers l'avant ou l'arrière, et/ou vers les côtés droit ou gauche pour assurer l'élévation, la descente les virages à gauche ou à droite ainsi que le vol stationnaire. Ces différentes commandes, qui ne sont pas l'objet de la présente invention, sont regroupées sous la référence commune 16-2. Des moteurs électriques assurent, dans la variante drone présentée, les mouvements de ces différentes commandes 16-2 en lieu et place de commandes manuelles dans une version pilotée.

[0034] Le rotor de queue 20 est relié à la sortie 14-2 du boîtier transfert 14 par un arbre de transmission 20-1. Le rotor de queue 20 comprend deux pales 20-2 et un renvoi d'angle 20-3 afin de pouvoir entraîner en rotation les pales 20-2 du rotor de queue 20 dans un plan parallèle à la direction de vol F. Une tringlerie de commande 20-4 assure la modification d'incidence des pales, ceci de façon connue, pour augmenter ou diminuer le couple anti-rotation, en fonction des paramètres de vol et des paramètres de la voilure tournante.

[0035] La queue 18 est reliée au cœur de structure 10 par une bride de liaison 18-1 destinée à coopérer par exemple moyennant un ensemble à baïonnette, avec la bride de fixation 10-5 du prolongement 10-4 à terminaison de forme sensiblement cylindrique creuse du cœur de structure monolithique 10. La queue 18 est donc démontable. Le profil de la queue 18 est parfaitement adapté géométriquement à celui du prolongement 10-4 afin d'assurer une continuité de la surface extérieure et une liaison à la bride 10-5. La queue 18 comporte des trappes d'accès 18-5 et d'autres appendices alaires 18-6 en fonction des besoins aérodynamiques. La queue 18 reçoit dans son volume intérieur, l'arbre de transmission 20-1 du rotor de queue 20. La queue 18 reçoit à son extrémité libre, opposée à l'extrémité qui porte la bride de liaison 18-1, le rotor de queue 20 et son renvoi d'angle 20-3.

[0036] Le cockpit 22 est représenté pour la variante drone comme indiqué, c'est-à-dire minimaliste 22-1, abritant les organes de pilotage et l'électronique embarquée, non représentée. Ce cockpit 22 est de forme aérodynamique pour limiter la traînée et d'une solidité adaptée à l'usage et notamment assurant la résistance aux impacts de volatils, par exemple ou d'impacts de munitions en cas d'application militaire. Le cockpit 22 constitue un carter de protection.

[0037] On note que l'architecture particulière de l'aéronef selon la présente invention est agencée de sorte que l'arbre de transmission de sortie 12-3 du moteur 12, le boîtier transfert 14 avec sa première sortie 14-1 vers la voilure tournante 16 et son autre sortie 14-2 vers le rotor de queue 20 sont dans un même plan. On note que l'arbre moteur 12-3, le boîtier transfert 14 avec sa sortie 14-2 et l'arbre 20-1 sont parfaitement alignés, voir figure 3. Cet alignement conduit à des avantages certains car il apporte une forte compacité, une meilleure fiabilité, une amélioration du rendement, une limitation des pertes mécaniques et une moindre usure des pièces, ces avantages n'étant pas limitatifs. Ainsi les vibrations sont également en partie limitées par cet alignement, ce qui est important pour conserver une parfaite intégrité de la structure sans avoir besoin d'apporter des renforts spécifiques, synonyme de poids supplémentaires et de performances dégradées.

[0038] Selon la présente invention, l'aéronef à voilure tournante est à applications multiples. De façon connue, il est nécessaire de prévoir une unité à patins 24 pour reposer sur le sol. On entend par patins, des patins rigides destinés à reposer au sol mais aussi des patins flottants pour reposer sur une surface liquide pour certaines applications. Dans le cas de la présente invention, l'unité à patins 24 comprend des moyens de liaison 24-1 avec le cœur de structure 10 de façon à la rendre amovible. Ces moyens de liaisons 24-1 sont des attaches rapides. Cette unité à patins, selon la particularité de la présente invention, comprend les organes embarqués 24-2, liés à l'application. En l'occurrence, pour citer un premier exemple d'application, non limitatif et uniquement exemplifiant, s'il s'agit d'une application pour du traitement phytosanitaire aérien, l'unité à patins 24 comprend un logement destiné à recevoir un réservoir de stockage dudit produit phytosanitaire, des rampes de pulvérisation, des moyens de pompage et de mise sous pression dudit produit phytosanitaire pour le diffuser à travers lesdites rampes. Dans un second exemple, pas plus limitatif que le premier, l'unité à patins 24 comporte un coffre destiné à recevoir une charge. Ce coffre peut comporter des moyens d'ouverture/fermeture en vol afin d'assurer un largage en vol du contenu dudit coffre.

[0039] Ainsi, on constate que l'aéronef à voilure tournante selon l'invention comprend quatre unités :

- le cœur de structure 10 avec son boîtier de transfert 14, son moteur d'entraînement 12 et son rotor 16-1 ainsi que le cockpit 22 et son électronique de bord,

- les pales 16-2 de la voilure tournante

- la queue 18 et son rotor de queue 20

- l'unité à patins 24 avec ses équipements adaptés à l'application envisagée.

[0040] L'aéronef à voilure tournante selon la présente invention est composé d'unités démontables notamment la queue 18 puisqu'il suffit de désaccoupler cette queue 18 du cœur de structure 10 et de déconnecter, au droit de la sortie 14-2 du boîtier de transfert 14, l'arbre de transmission 20-1 entraînant le rotor de queue. La connexion mécanique peut être un arbre cannelé et un tube cannelé, de façon bien connue. De même, l'unité à patins 24 peut être désaccouplée de façon aisée du cœur de structure 10 par démontage des attaches rapides. En plus d'un accès facilité, d'un entretien et d'une maintenance aisés, l'aéronef à voilure tournante selon la présente invention peut être transporté dans un volume restreint en cas de missions sur des territoires éloignés, plus particulièrement dans le volume d'un container de dimensions standardisées.

[0041] L'aéronef à voilure tournante selon la présente invention est composé d'unités démontables notamment la queue 18 puisqu'il suffit de désaccoupler cette queue 18 du cœur de structure 10 et de déconnecter, au droit de la sortie 14-2 du boîtier de transfert 14, l'arbre de transmission 20-1 entraînant le rotor de queue. La connexion mécanique peut être un arbre cannelé et un tube cannelé, de façon bien connue. De même, l'unité à patins 24 peut être désaccouplée de façon aisée du cœur de structure 10 par démontage des attaches rapides. En plus d'un accès facilité, d'un entretien et d'une maintenance aisés, l'aéronef à voilure tournante selon la présente invention peut être transporté dans un volume restreint en cas de missions sur des territoires éloignés, plus particulièrement dans le volume d'un container de dimensions standardisées.

[0042] La présente invention a donc aussi pour objet un container de transport 30 destiné à recevoir un aéronef à voilure tournante, notamment celui de la présente invention. On se reporte aux figures 4 et 5 qui représentent ce container de transport 30. Ce container de transport 30 selon la présente invention permet le transport des différentes unités de l'aéronef à voilure tournante selon la présente invention mais également d'assurer les assemblages / désassemblages de ces différentes unités, constituant un atelier, ceci notamment pour la mise en service en des lieux à faible équipement. De plus, le container de transport 30 selon la présente invention comprend une architecture le rendant d'un poids très limité, ce qui permet les déplacements sur de longues distances par des moyens aériens, sans que le poids vienne grever le coût financier et/ou les possibilités de transport terrestres ou aériens

[0043] Le container de transport 30 selon la présente invention est de forme parallélépipédique, avec une face avant 30-1, une face arrière 30-2, une face supérieure 30-3, une face inférieure 30-4 et deux faces latérales 30-5 et 30-6. Une ossature 32 assure la rigidité mécanique. Cette ossature 32 comprend des éléments tubulaires 34 selon les 4 arêtes des faces supérieure 30-3 et inférieure 30-4 et en partie médiane, en alliage léger. Les éléments tubulaires 34 de ces faces sont entretoisés par des montants verticaux 36, au nombre de 6, disposé à chaque intersection, également en alliage léger. Chaque montant vertical 36 comprend deux profilés coaxiaux supérieur 36-1 et inférieur 36-2, montés de façon télescopique l'un par rapport à l'autre, en l'occurrence le profilé supérieur 36-1 pouvant coulisser dans le profilé inférieur 36-2. Les profilés supérieurs 36-1 sont solidaires des éléments tubulaires 34 de la face supérieure 30-3 et les profilés inférieurs 36-2 sont solidaires des éléments tubulaires 34 de la face inférieure 30-4. La face supérieure 30-3 peut donc être soulevée par rapport à la face inférieure. Des moyens de blocage à crans débrayables, par exemple, maintiennent l'espacement voulu.

[0044] Le container de transport comprend des panneaux 40 rapportés sur l'ossature 32. Ces panneaux sont avantageusement, dans le mode retenu, réalisés en matériau composite du type sandwich avec une âme en nid d'abeille et des peaux en feuille d'alliage métallique léger. De tels panneaux sont très rigides et en même temps d'un poids très réduit. Les faces avant 30-1 et arrière 30-2 sont montées, pour l'une au moins d'entre elles, pivotantes par rapport à la face inférieure 30-4 de façon à pouvoir ouvrir lesdites faces avant et arrière et à les faire reposer au sol. Ainsi, les faces avant 30-1 et arrière 30-2 se positionnent dans le plan de la face inférieure pour former un sol propre de grande longueur permettant un travail d'assemblage en toute zone, même en terrain naturel.

[0045] De façon avantageuse, la face supérieure 30-3 comprend un palan de manœuvre 42, monté sur une poutre 44 mobile par rapport à ladite face supérieure 30-3, sous ladite face supérieure, suivant l'axe avant / arrière du container. Le palan de manœuvre 42 est déplaçable en translation sur ladite poutre, donc transversalement par rapport à l'axe avant / arrière. Ce palan de manœuvre 42 permet de déplacer les différentes unités constitutives de l'aéronef à voilure tournante selon la présente invention tant pour le montage que pour le démontage, en tout lieu, même isolé. Même si les pièces sont de poids réduit, le nombre de parties constitutives étant limité, le poids de chacune d'elles est supérieur aux capacités de servants surtout quand le but est de pouvoir agir avec un faible nombre d'opérateurs. En outre les dimensions du container sont adaptées juste aux dimensions des pièces et l'espace périphérique de déplacement des servants est très limité.

[0046] L'aéronef à voilure tournante selon la présente invention est disposé de façon particulière dans le container pour gagner en compacité. Les pales sont démontées du rotor principal. La queue 18 est démontée, l'unité à patins 24 également. Dans le container, il est aussi prévu des moyens de réception pour recevoir les différentes unités :

- cœur de structure 10 avec moteur d'entraînement 12 et boîtier transfert 14,

- queue 18 et rotor de queue 20

- unité à patins 24

- pales 16-2 de la voilure 16.

[0047] La mise en place de l'aéronef à voilure tournante selon la présente invention s'effectue de la façon représentée sur la figure 5 plus particulièrement. Les pales démontées sont avantageusement placées dans un réceptacle latéral, en partie inférieure. La queue 18 et son rotor de queue sont également placés dans un berceau adapté, latéralement, du côté opposé des pales. L'ensemble cœur de structure avec son moteur, son boitier transfert, son moteur et son rotor est placé sur un berceau coulissant sur la face inférieure en partie médiane. L'unité à patins 24 est placé au-dessus de l'ossature central et repose sur des appuis latéraux 38 rapportés sur les faces latérales ainsi, le rotor se positionne dans l'espace libre sous les patins avec un gain de compacité essentiel. Des bridages sont prévus par tout moyen, ceci n'étant pas l'essence même de l'invention et pouvant être adaptés sans effort inventif.

[0048] L'aéronef selon la présente invention présente une conception simple tout en étant aisée de mise en œuvre, de très grande polyvalence. En effet, le cockpit peut être modifié en apportant des commandes manuelles en lieu et place des commandes par moteurs électriques du drone et deux sièges pour l'emport du pilote et du copilote ou passager ou opérateur. Les éléments constitutifs restent identiques. L'encombrement comme le poids sont tout à fait acceptables pour du transport par voie terrestre, maritime ou par les airs et notamment par hélitreuillage au plus près des zones de travail lorsque cela s'avère nécessaire. Les missions sont très polyvalentes, en rapportant de façon quasi immédiate une unité à patins adaptée à la mission. L'aéronef à voilure tournante selon la présente invention est réalisé par moulage intégralement en fibres de carbones et inserts en alliage léger résistant comme du titane. Le cœur de structure 10 particulièrement est en matériaux composites à base de fibres de carbones afin de réaliser un élément léger et présentant de fortes propriétés mécaniques puisqu'il reçoit l'ensemble des éléments de l'aéronef qui sont reliés audit cœur. Les pièces mécaniques peuvent être obtenues à partir de titane usiné, notamment pour les transmissions qui sont habituellement d'un poids élevé. Le moteur lui-même peut être standard mais peut aussi être développé pour délivrer une puissance augmentée, rendant l'aéronef à voilure tournante selon la présente invention, encore plus performant, notamment pour des applications militaires. Le poids de l'aéronef est de fait très limité, autorisant une charge d'emport plus importante et des performances de vol très intéressantes.