La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs volants hybrides permettant de soulever et transporter une charge utile, cette dernière pouvant se matérialiser par un passager et/ou une marchandise. L’invention concerne notamment un dispositif à décollage et atterrissage verticaux combinant au moins un moteur à combustion et au moins un moteur électrique.

Se déplacer aussi librement que possible dans l’espace est une préoccupation constante pour l’Homme, voire un rêve quasi-inaccessible pour certains. De nombreuses machines ont été élaborées, de la plus sommaire à la plus sophistiquée. Parmi ces machines, il existe des dispositifs volants à atterrissage et décollage verticaux présentant l’avantage de nécessiter une surface de décollage ou d’atterrissage de taille réduite.

Les hélicoptères sont les appareils à décollage et atterrissage verticaux les plus utilisés. Un hélicoptère utilise au moins un moteur à combustion relié à un rotor à pas variable qui permet d’incliner l’hélicoptère et ainsi de diriger la poussée verticale du moteur vers l’arrière, l’avant ou sur l’un des côtés. Il est également connu d’avoir des avions dont les moteurs peuvent s’incliner afin de pouvoir fournir une poussée verticale ou horizontale. Ces appareils sont relativement complexes à fabriquer et à manœuvrer et ne peuvent pas se généraliser pour de la mobilité urbaine.

Il existe également des drones disposant d’un corps muni de 2 à 12 bras répartis autour dudit corps. Chaque bras est muni d’un moteur électrique et fournit une poussée verticale. Les moteurs étant répartis tout autour du corps, un contrôle de la poussée de chaque moteur permet d’incliner le corps du drone et de contrôler la direction dudit drone. Ces drones sont très faciles à manier en jouant sur la poussée exercée par chaque moteur mais nécessitent l’emport d’une batterie. La batterie est généralement dimensionnée en fonction du poids du drone, de sa charge utile et de l’autonomie souhaitée. L’utilisation de tels drones avec des charges utiles importantes nécessite l’utilisation de batterie de taille importante qui rajoute un poids considérable au drone, voire supérieur à sa charge utile, notamment si l’on souhaite avoir une autonomie de plusieurs dizaines de kilomètres. L’usage de ce type de drone est limité à une charge utile de l’ordre de 10 kilogrammes avec une autonomie de l’ordre de 10 kilomètres.

Les moteurs à combustion sont connus pour utiliser un carburant liquide, solide ou gazeux dont le poids est considérablement plus faible que celui d’une batterie pour produire une même quantité d’énergie. L’utilisation de moteur à combustion sur une architecture de dispositif volant à atterrissage et décollage verticaux présente un intérêt pour de la mobilité de charge lourde ou de personne en zone urbaine et/ou sur de longue distance. Cependant, les moteurs à combustion présentent tous une inertie importante pour changer de régime moteur afin d’augmenter ou de diminuer une poussée. Ainsi, l’utilisation de moteurs à combustion sur dispositif volant de type drone fait perdre de la maniabilité par rapport aux moteurs électriques.

Il est également connu d’utiliser des moteurs électriques et des moteurs à combustion de manière conjointe pour pouvoir bénéficier de la souplesse d’utilisation des moteurs électriques. A titre d’exemple, le document WO 2017/174942 A1 divulgue un dispositif volant combinant des moteurs à combustion pour assurer la portance et le déplacement du dispositif volant et des moteurs électriques placés à l’avant et à l’arrière pour contrôler l’assiette du dispositif volant. Néanmoins, une batterie doit être dimensionnée pour pouvoir effectuer toutes les manœuvres en vol avec un minimum de sécurité, ce qui entraine un surdimensionnement de la batterie et donc un surpoids qui va augmenter la consommation de carburant des moteurs à combustion.

Ainsi, pour faire face à la révolution en cours sur la mobilité aérienne urbaine et aux applications en matière de déplacement de passager ou de marchandise demandant une autonomie de plusieurs dizaines de kilomètres, notamment pour des déplacements intercités, de tels dispositifs volants, à flux d’air hybride, nécessitent des perfectionnements. Il est important de parvenir à maîtriser les flux d’énergie afin d’optimiser les besoins sans avoir à ajouter des moyens de stockage d’énergie électrique pouvant alourdir et complexifier ledit dispositif volant.

À ce titre, l’invention propose d’améliorer et/ou d’optimiser la gestion énergétique d’un dispositif volant, notamment à propulsion verticale, agencé pour véhiculer dans les airs une charge utile importante sur une longue distance. Ainsi, la présente invention vise à remédier aux inconvénients précités, notamment en proposant un dispositif de propulsion combinant au moins un moteur à combustion avec au moins un moteur électrique afin de bénéficier de la souplesse d’un moteur électrique sans avoir recours à une batterie de taille importante.

À cette fin, l’invention propose un dispositif volant comportant un corps principal sur lequel est fixé un premier moteur à combustion et un premier moteur électrique, lesdits premiers moteurs à combustion et électrique étant agencés pour créer des vecteurs de poussée selon une même direction de poussée et étant placés de part et d’autre du corps principal afin de créer des vecteurs de poussée de chaque côté d’un plan de séparation passant par un centre de gravité dudit corps de manière à contrôler l’assiette du dispositif volant. Le dispositif volant comporte en outre un premier générateur électrique et un premier circuit de transfert d’énergie. Le premier générateur électrique est couplé mécaniquement au premier moteur à combustion afin d’être entrainé par ce dernier. Le premier circuit de transfert d’énergie électrique est connecté entre le premier générateur électrique et le premier moteur électrique, le premier circuit de transfert d’énergie étant configuré pour créer une résistance mécanique ralentissant le premier moteur à combustion et pour produire de l’énergie électrique afin d’alimenter le premier moteur électrique.

L’alimentation du moteur électrique étant ainsi réalisée directement par un moteur à combustion, il n’est pas nécessaire de prévoir de batterie pour l’alimentation. En outre, le moteur électrique est alimenté par un générateur qui agit comme un frein sur le moteur à combustion tout en étant placé sur un côté opposé du corps du dispositif volant, ce qui permet d’augmenter la réactivité du moteur à combustion en le freinant tout en permettant une accélération du moteur électrique sur le côté opposé. Une telle combinaison permet d’augmenter la vitesse de changement d’assiette du dispositif volant et donc d’augmenter sa réactivité et sa manœuvrabilité.

Préférentiellement, le premier circuit de transfert peut comporter un premier convertisseur d’énergie contrôlé pour appliquer une impédance de charge sur le premier générateur et fournir l’énergie récupérée par l’impédance de charge sur une sortie à destination du premier moteur électrique.

Selon une mode de réalisation, le premier circuit de transfert peut comporter un deuxième convertisseur d’énergie disposant d’une entrée d’énergie connectée à la sortie d’énergie du premier convertisseur d’énergie et au premier moteur électrique, ledit deuxième convertisseur transformant l’énergie reçue à son entrée en signaux de commande du premier moteur électrique.

Pour compenser une différence entre un courant provenant du premier générateur et à fournir au premier moteur électrique, le premier circuit de transfert peut également comporter un élément de stockage d’énergie électrique. L’élément de stockage d’énergie électrique est par exemple connecté entre la sortie d’énergie du premier convertisseur d’énergie et la masse pour absorber un surplus d’énergie non utilisée par le deuxième convertisseur d’énergie et pour restituer cette énergie si l’énergie fournie par ledit premier convertisseur n’est pas suffisante pour alimenter ledit deuxième convertisseur.

Selon une première amélioration, le dispositif volant peut comporter un deuxième moteur à combustion, un deuxième moteur électrique, un deuxième générateur électrique et un deuxième circuit de transfert d’énergie électrique. Lesdits deuxièmes moteurs à combustion et électrique créent des vecteurs de poussée selon la direction de poussée et sont fixés de part et d’autre du corps principal afin de créer des vecteurs de poussée de chaque côté du plan de séparation passant par le centre de gravité dudit corps, le deuxième moteur à combustion étant placé du même côté du plan de séparation que le premier moteur électrique et le deuxième moteur électrique étant placé du même côté du plan de séparation que le premier moteur à combustion. Le deuxième générateur électrique est couplé mécaniquement au deuxième moteur à combustion afin d’être entrainé par ce dernier. Le deuxième circuit de transfert d’énergie électrique est connecté entre le deuxième générateur électrique et le deuxième moteur électrique ledit deuxième circuit de transfert étant constitué à l’identique du premier circuit de transfert.

Préférentiellement, les éléments de stockage peuvent être des condensateurs de forte capacité.

Pour assurer une optimisation de la gestion électrique, le dispositif volant peut comporter une batterie rechargeable connectée en parallèle sur les éléments de stockage des premier et deuxième circuits de transfert pour récupérer un excédent de charge desdits éléments de stockage.

Également, les premiers convertisseurs d’énergie peuvent être bidirectionnels et peuvent alimenter les premier et deuxième générateurs pour servir de démarreurs aux premier et deuxième moteurs à combustion. La batterie peut alimenter lesdits générateurs pour démarrer lesdits premier et deuxième moteurs.

Pour amplifier la poussée de basculement des moteurs électrique, le premier et/ou deuxième moteurs électriques peuvent être positionnés respectivement à des distances plus importantes du centre de gravité du corps principal dudit dispositif que les premier et/ou deuxième moteurs à combustion.

Selon un exemple particulier de réalisation, les vecteurs de poussé des premiers et deuxièmes moteurs à combustion et électriques peuvent compris dans un premier plan de poussée. Le dispositif volant peut en outre comporter un troisième moteur à combustion, un troisième moteur électrique, un quatrième moteur à combustion, un quatrième moteur électrique, des troisième et quatrième générateurs électriques, et des troisième et quatrième circuits de transfert d’énergie électrique. Lesdits troisièmes moteurs à combustion et électrique peuvent créer des vecteurs de poussée selon la direction de poussée et peuvent être fixés de part et d’autre du corps principal afin de créer des vecteurs de poussée de chaque côté du plan de séparation passant par le centre de gravité dudit corps. Lesdits quatrièmes moteurs à combustion et électrique peuvent créer des vecteurs de poussée selon la direction de poussée et peuvent être fixés de part et d’autre du corps principal afin de créer des vecteurs de poussée de chaque côté du plan de séparation passant par le centre de gravité dudit corps. Le quatrième moteur à combustion est par exemple placé du même côté du plan de séparation que le troisième moteur électrique et le quatrième moteur électrique est par exemple placé du même côté du plan de séparation que le troisième moteur à combustion. Les troisième et quatrième générateurs électriques peuvent être couplés mécaniquement et respectivement aux troisième et quatrième moteurs à combustion afin d’être entraînés par ces derniers. Les troisième et quatrième circuits de transfert d’énergie électrique peuvent être connectés respectivement entre les troisième et quatrième générateurs électriques et les troisième et quatrième moteurs électriques, lesdits troisième et quatrième circuits de transfert étant constitués à l’identique du premier circuit de transfert. Les vecteurs de poussée des troisièmes et quatrièmes moteurs à combustion et électriques peuvent être compris dans un deuxième plan de poussée sécant au premier plan de poussée sur un axe de croisement parallèle à la direction de poussée.

Préférentiellement, l’axe de croisement peut passer par le centre de gravité du dispositif volant.

Dans un mode de réalisation particulier, les premiers à quatrième moteurs à combustion et électriques peuvent être fixés au corps principal par l’intermédiaire de quatre bras de supports positionnés au-dessus du centre de gravité dudit corps et pouvant être agencés pour soutenir les premiers à quatrièmes moteurs à combustion et électriques, et intégrer les éléments de stockage d’énergie électrique.

Dans un mode de réalisation préféré, la direction de poussée peut être verticale.

L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et faisant référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

- la figure 1 représente un premier exemple d’un dispositif volant selon l’invention ;

- la figure 2 illustre un premier exemple de circuit électrique implémenté dans le dispositif volant de la figure 1 ;

- la figure 3 illustre un deuxième exemple de circuit électrique implémenté dans le dispositif volant de la figure 1 ;

- la figure 4 montre une première variante d’implémentation du dispositif volant de la figure 1 ;

- la figure 5 montre une deuxième variante d’implémentation du dispositif volant de la figure 1 ;

- la figure 6 montre un deuxième exemple d’un dispositif volant selon l’invention ;

- la figure 7 illustre un premier exemple de circuit électrique implémenté dans le dispositif volant de la figure 6 ;

- la figure 8 illustre un deuxième exemple de circuit électrique implémenté dans le dispositif volant de la figure 6 ;

- la figure 9 montre une variante d’implémentation du dispositif volant de la figure 6 ;

- la figure 10 illustre un exemple de circuit électrique implémenté dans le dispositif volant de la figure 10 ; - la figure 11 montre une variante d’implémentation pour le transport de personnes du dispositif volant de la figure 9.

Afin de simplifier la description, une même référence est utilisée dans différentes figures pour désigner un même objet ou un objet similaire assurant la même fonction. Ainsi, lorsque la description cite un objet référencé, cet objet pourra être identifié sur plusieurs figures. En outre, les figures ainsi que la description sont données à titre d’exemples non limitatifs de réalisation.

La description se rapporte à un dispositif volant utilisant des moteurs fixes et dont la direction de déplacement est déterminée par l’inclinaison du dispositif volant. Afin de simplifier la description, le plan horizontal correspond au plan horizontal du dispositif qui est horizontal lorsque celui-ci est posé sur le sol mais qui suit l’assiette du dispositif volant lorsque celui-ci s’incline. Lorsqu’il est fait référence à une poussée verticale des moteurs, la verticalité est définie vis-à-vis du plan horizontal qui suit l’assiette du dispositif volant. Ainsi les moteurs exercent une poussée qui est toujours verticale par rapport au plan horizontal du dispositif volant y compris lorsque le dispositif volant s’incline. Cependant l’invention ne se limite pas à des dispositifs dont la poussée est uniquement verticale. En effet, la poussée des moteurs pourrait être inclinée par rapport à la verticale, voire même à l’horizontale. L’homme du métier comprendra qu’il suffit d’effectuer une rotation de l’ensemble en fonction d’une direction de poussée choisie.

Le principe mis en œuvre par l’invention consiste à alimenter un moteur de propulsion électrique situé sur un premier côté d’un dispositif volant à l’aide d’un moteur de propulsion à combustion situé sur un deuxième côté du dispositif volant, opposé au premier côté. Un premier exemple de réalisation est représenté sur la figure 1 en vue de côté afin d’en expliquer le principe.

Le dispositif volant de la figure 1 comporte un corps principal 100 sur lequel est fixé un moteur à combustion MC et un moteur électrique ME. La fixation des moteurs à combustion MC et électrique ME peut être réalisée à l’aide de bras de fixation 101 et 102 placés de part et d’autre du corps principal 100. L’invention n’est pas limitée à l’usage de bras et peut utiliser tout autre moyen de fixation des moteurs à combustion MC et électrique ME, les moteurs à combustion MC et électriques ME pouvant être intégrés dans un carénage du corps principal 100, l’important étant que les moteurs à combustion MC et électrique ME soient placés de part et d’autre du corps principal 100 afin de créer des poussées verticales sur deux côtés opposés dudit corps 100. Par côtés opposés, il faut comprendre n’importe quels côtés opposés l’un à l’autre tel que par exemple le côté gauche et le côté droit ou encore le côté avant et le côté arrière ou toute autre configuration.

Le moteur à combustion MC est par exemple un moteur à piston à 2 ou 4 temps comportant un ou plusieurs pistons reliés à un vilebrequin qui transforme un mouvement alternatif du ou des pistons en mouvement de rotation. Le vilebrequin est mécaniquement relié à une hélice 111 qui transforme la rotation du moteur en vecteur de poussée sensiblement vertical par rapport au corps principal 100. La liaison entre l’hélice 111 et le moteur à combustion MC peut se faire de différentes manières, soit directement en montant l’hélice 111 sur le vilebrequin du moteur à combustion MC, soit par l’intermédiaire de pignons, d’une courroie ou de tout autre réducteur de vitesse.

Le moteur électrique ME est également relié à une hélice 112 qui transforment la rotation du moteur électrique ME en vecteur de poussée sensiblement vertical. La liaison entre l’hélice 111 et le moteur électrique ME peut se faire de différentes manières, soit directement en montant l’hélice 111 sur le rotor du moteur électrique ME, soit par l’intermédiaire de pignons, d’une courroie ou de tout autre réducteur de vitesse. Le moteur électrique ME peut être n’importe quel type de moteur électrique, l’homme du métier pouvant adapter les circuits décrits ci-après en fonction du choix réalisé sur le type de moteur électrique.

Le dispositif volant de la figure 1 comporte en outre un générateur électrique GE couplé mécaniquement au moteur à combustion MC afin d’être entraîné par ce dernier. Le générateur électrique GE est également un moteur électrique d’un type quelconque mais qui est utilisé en générateur, c’est-à-dire pour transformer l’énergie mécanique de rotation en courant électrique. Le couplage mécanique entre le générateur électrique GE et le moteur à combustion peut se faire par engrenage ou par courroie. Il est également possible de coupler directement le générateur électrique GE à l’axe du vilebrequin du moteur à combustion MC, à condition d’utiliser un moteur électrique plat, par exemple de type « pancake » comme générateur électrique.

Selon l’invention, le moteur électrique ME est alimenté par le générateur électrique GE par l’intermédiaire d’un circuit de transfert d’énergie. La figure 2 illustre un premier exemple de circuit électrique implémenté dans le dispositif volant de la figure 1 .

Dans l’exemple de la figure 2, le générateur électrique GE et le moteur électrique ME sont tous les deux des moteurs à courant continu qui transforment un courant continu en vitesse de rotation et réciproquement. Un circuit de transfert 200 est connecté entre le générateur électrique GE et le moteur électrique ME. A titre d’exemple, le circuit de transfert 200 peut être un hacheur, connu également sous l’appellation anglaise « buck-boost converter ». Dans l’exemple de la figure 2, le circuit de transfert 200 comporte une inductance 201 ayant une borne connectée à un condensateur 202 et une autre borne connectée à l’anode d’une diode 203 et à une sortie de courant du générateur électrique GE par l’intermédiaire d’un interrupteur commandé 204. L’interrupteur commandé 204 est par exemple un transistor de puissance. La cathode de la diode est connectée au condensateur 202 et à l’entrée de courant du moteur électrique ME. Le générateur électrique GE, le moteur électrique ME, et le nœud entre l’inductance 201 et le condensateur 202 sont connectés à une masse commune.

A titre d’exemple, le fonctionnement du circuit de transfert d’énergie 200 va être plus amplement détaillé afin d’expliquer le principe de fonctionnement de l’invention. Lorsque l’interrupteur 204 est fermé, le générateur électrique GE est connecté à l’inductance 201 . La tension aux bornes du générateur électrique GE est proportionnelle à sa vitesse de rotation. Le courant fourni par le générateur électrique GE charge l’inductance 201 et croit en direction d’une valeur d’équilibre selon une courbe logarithmique. L’accroissement du courant fourni par le générateur électrique GE crée une résistance mécanique sur le moteur à combustion MC qui freine celui-ci, l’énergie de freinage étant transmise à l’inductance 201 . L’inductance 201 s’opposant à une variation brusque de courant, l’ouverture de l’interrupteur 204 provoque un abaissement de la tension sur l’anode de la diode 203 qui rend celle-ci passante et ferme le circuit composé de l’inductance 201 , du condensateur 202 et de la diode 203. L’interrupteur 204 étant ouvert, l’inductance 201 se décharge dans le condensateur 202 qui voit la tension à ses bornes augmenter. La tension augmentant aux bornes du condensateur 202, cela augmente la tension aux bornes du moteur électrique ME et fait tourner ledit moteur ME en prélevant une partie du courant circulant entre l’inductance 201 et le condensateur 202. Lorsque l’on referme à nouveau l’interrupteur 204, la diode 203 se bloque, l’inductance 201 est rechargée par le générateur électrique GE et le condensateur 202 se décharge dans le moteur électrique ME.

L’application d’un signal de commande S alternant ouverture et fermeture de l’interrupteur 204 à une fréquence élevée, par exemple quelques dizaines de kilohertz, permet d’arriver à une situation d’équilibre dans laquelle le générateur GE fournit une tension et un courant variable autour d’une valeur moyenne proportionnelle au rapport cyclique du signal de commande S. Un équilibre se crée également entre le moteur à combustion MC et le générateur GE. En effet, le moteur à combustion MC doit entrainer l’hélice 111 et la résistance moyenne du générateur GE qui est également proportionnelle au rapport cyclique du signal de commande S. Ainsi, une partie de l’énergie mécanique produite par le moteur à combustion MC est prélevée par le générateur GE pour être transmise au moteur électrique ME. Si l’on considère un cas théorique dans lequel les pertes de conversion d’énergie du circuit de transfert 200 sont nulles, dans lequel le moteur à combustion MC fournit une énergie mécanique constante correspondant à une puissance nominale fixe, et dans lequel le générateur GE et le moteur électrique ME sont identiques et capables de fournir ou recevoir une puissance électrique égale tout au plus à la puissance nominale fixe, alors un rapport cyclique de 50% du signal de commande S permet de transférer 50% de l’énergie mécanique produite par le moteur à combustion MC au moteur électrique ME permettant ainsi d’avoir une force de poussée verticale équivalente à 50% de l’énergie produite par le moteur à combustion MC de chaque côté du corps principal 100. Une réduction du rapport cyclique du signal de commande S a pour effet de réduire l’énergie transmise, ce qui permet de ralentir le moteur électrique ME et de réduire la résistance mécanique appliquée sur le moteur à combustion MC et donc d’augmenter la vitesse du moteur à combustion MC. Ainsi, une réduction du rapport cyclique de signal de commande 200 a pour effet d’augmenter la force de poussée verticale produite par le moteur à combustion MC tout en réduisant la force de poussée du moteur électrique ME, créant ainsi un déséquilibre de poussée qui incline le dispositif volant, sur la figure 1 , dans le sens horaire. Inversement une augmentation du rapport cyclique du signal de commande S crée un déséquilibre de poussée inverse qui incline le dispositif volant, sur la figure 1 , dans le sens trigonométrique.

Si l’on prend en compte les pertes liées au transfert d’énergie mécanique, le rapport cyclique du signal de commande S doit être ajusté en conséquence. A titre d’exemple, si les pertes sont de l’ordre de 10%, le rapport cyclique doit correspondre à un appel de 55% de l’énergie du moteur à combustion MC pour ne restituer que 45% de cette énergie au moteur électrique ME afin d’avoir une même force de poussée de chaque côté du dispositif volant. Des différences d’appairage de puissance entre le moteur à combustion MC, le générateur GE et le moteur électrique ME peuvent également être compensées en ajustant le rapport cyclique. En termes de réactivité, un tel système n’est pas symétrique. En effet, le freinage du moteur à combustion MC est réalisé par le générateur GE qui agit comme un frein électrique et donc plus rapidement que si l’on réduisait une commande de gaz du moteur à combustion. De plus, l’énergie de freinage est directement accessible pour le moteur électrique ME qui peut accélérer très rapidement. Ainsi, le transfert de poussée vers le moteur électrique s’effectue très rapidement. A l’inverse, pour accélérer le moteur à combustion MC, le générateur GE réduit la force de freinage. Cependant, l’accélération du moteur à combustion MC se fait selon une courbe d’accélération dudit moteur MC qui est moins réactif qu’un moteur électrique. Par contre, la réduction de vitesse du moteur électrique ME reste très rapide. Le transfert de poussée vers le moteur à combustion MC est plus lent que le transfert de poussée vers le moteur électrique ME tout en restant plus rapide qu’un transfert de poussée entre deux moteurs à combustion.

Pour améliorer la réactivité, il peut être préférable de contrôler le générateur électrique GE et le moteur électrique ME de manière indépendante. Ainsi, le freinage et l’accélération du moteur à combustion MC peuvent devenir indépendants de l’accélération et du freinage du moteur électrique ME. La figure 3 illustre un deuxième exemple de circuit électrique implémenté dans le dispositif volant de la figure 1 qui permet une commande indépendante du générateur électrique GE et du moteur électrique ME.

Dans l’exemple de la figure 3, le générateur électrique GE et le moteur électrique ME peuvent être n’importe quel type de moteur électrique, à courant continu, alternatif synchrone ou asynchrone, mono phase ou multi phases, ou encore de type pas à pas. Le générateur électrique GE et le moteur électrique ME peuvent en outre être de deux types différents mais ayant des puissances du même ordre de grandeur que la puissance du moteur à combustion MC. Un circuit de transfert 300 est connecté entre le générateur électrique GE et le moteur électrique ME. Le circuit de transfert 300 comporte principalement un premier convertisseur d’énergie 301 , un deuxième convertisseur d’énergie 302 et un élément de stockage d’énergie électrique 303.

Le premier convertisseur d’énergie 301 dispose d’entrées de signaux reliées au générateur électrique GE, d’une sortie de courant et d’une entrée de signal de commande. Le premier convertisseur d’énergie 301 est un convertisseur spécifique adapté au type de moteur utilisé comme générateur électrique GE et dispose d’un nombre d’entrées de signaux adapté au nombre de phases dudit générateur GE pour transformer une énergie mécanique de rotation en courant électrique. Le premier convertisseur d’énergie 301 applique une ou plusieurs impédances de charge sur le ou les enroulements du générateur GE et transforme l’énergie ainsi récupérée en un courant. La sortie de courant du premier convertisseur d’énergie 301 fournit le courant IG proportionnel à l’impédance de charge et à la vitesse de rotation du générateur GE. L’entrée de signal de commande reçoit un signal de commande SG analogique ou numérique qui contrôle l’impédance de charge. Indirectement, le signal de commande SG contrôle la résistance mécanique appliquée sur le moteur à combustion MC par le générateur électrique GE. Le premier convertisseur d’énergie 301 est d’un type connu qui ne sera pas plus amplement détaillé car de très nombreux circuits sont utilisable et correspondent au type de moteur utilisé.

Le deuxième convertisseur d’énergie 302 dispose de sorties de signaux reliées au moteur électrique ME, d’une entrée de courant et d’une entrée de signal de commande. Le deuxième convertisseur d’énergie 302 est un convertisseur spécifique adapté au type de moteur utilisé comme moteur électrique ME et dispose d’un nombre de sorties de signaux adapté au nombre de phases dudit moteur ME pour transformer un courant électrique en énergie mécanique de rotation. Le deuxième convertisseur d’énergie 302 est d’un type connu qui ne sera pas plus amplement détaillé car de très nombreux circuits sont utilisables et correspondent au type de moteur utilisé. L’entrée de signal de commande reçoit un signal de commande SM analogique ou numérique qui correspond à une consigne de puissance à fournir au moteur électrique ME via les sorties de signaux connectées aux phases dudit moteur ME. L’entrée de courant du deuxième convertisseur d’énergie 302 est connectée à la sortie de courant du premier convertisseur d’énergie 301 et appelle un courant IM qui est transformé en signaux de commande du moteur électrique ME.

L’élément de stockage d’énergie électrique 303 est connecté entre la sortie de courant du premier convertisseur d’énergie 301 et la masse. Le circuit de stockage d’énergie reçoit ou fournit un courant correspondant à la différence entre le courant IG et le courant IM afin d’absorber un surplus d’énergie non utilisé par le deuxième convertisseur d’énergie 302 et de restituer cette énergie au deuxième convertisseur d’énergie 302 lorsque l’énergie fournie par le premier convertisseur 301 n’est pas suffisante pour alimenter le deuxième convertisseur 302.

L’élément de stockage 303 sert de tampon d’énergie et sa capacité de stockage reste limitée. En effet, les courant IG et IM peuvent être sensiblement égaux sauf lors de périodes transitoires correspondant aux accélérations et réductions de la vitesse de rotation du moteur à combustion MC et du moteur électrique ME. A titre d’exemple, l’élément de stockage peut être un condensateur de forte capacité également appelé supercondensateur. Le dimensionnement de la capacité d’un tel condensateur peut se calculer en considérant qu’il doit stocker suffisamment d’énergie pour alimenter le moteur électrique pendant quelques secondes.

En termes de fonctionnement, les signaux de commandes SG et SM sont décorrélés, cependant ils doivent être déterminés conjointement. Ainsi, en négligeant les pertes de conversion, pour avoir une répartition des forces de poussée de 50% de part et d’autre du corps principal 100, le signal de commande SG doit correspondre à l’application d’une impédance de charge sur le générateur GE qui permet de prélever 50% de la puissance mécanique produite par le moteur à combustion MC. Le signal de commande SM doit correspondre à une commande de puissance d’alimentation du moteur électrique ME qui correspond également à une puissance égale à 50% de l’énergie mécanique produite par le moteur à combustion MC. Dans une telle configuration, les courants IG et IM sont égaux et correspondent à l’énergie transmise entre le moteur à combustion MC et le moteur électrique ME. Si les pertes de conversion d’énergie sont prises en compte, les signaux de commande SG et SM doivent être adaptés afin de prélever une puissance supérieure sur le moteur à combustion MC par rapport à la puissance restituée au moteur électrique ME.

Pour freiner ou accélérer les moteurs à combustion MC et électrique ME, il convient d’agir sur les signaux de commande SG et SM de manière opposée, à savoir augmenter la puissance prélevée sur le moteur à combustion MC et diminuer la puissance restituée au moteur électrique ME, ou diminuer la puissance prélevée sur le moteur à combustion MC et augmenter la puissance restituée au moteur électrique ME. Comme indiqué précédemment, l’accélération du moteur à combustion MC est plus lente que l’accélération du moteur électrique ME. Pour compenser cette différence, il est possible de relâcher le freinage du moteur à combustion plus que ce qui est nécessaire pour que celui-ci puisse accélérer plus rapidement et ce jusqu’à ce qu’il atteigne la vitesse souhaitée. Un relâchement plus important que nécessaire du freinage va entrainer un transfert d’énergie du moteur à combustion MC moins important que ce qui est nécessaire pour le moteur électrique ME. L’élément de stockage 303 permet de fournir le complément d’énergie au moteur électrique ME. A cet effet, il est nécessaire d’avoir un niveau de charge minimal dans l’élément de stockage 303 pour effectuer une telle compensation.

Le rechargement de l’élément de stockage 303 peut se faire lors d’un basculement inverse où le freinage du moteur à combustion MC peut être légèrement anticipé sur l’accélération du moteur électrique ME créant ainsi une génération d’énergie électrique plus importante que ce que le moteur électrique ME absorbe. Une autre possibilité de rechargement de l’élément de stockage 303 peut se faire lorsque les forces des vecteurs de poussée sont équilibrées entre les moteurs à combustion MC et électrique ME en prélevant légèrement plus de puissance sur le moteur MC tout en fournissant légèrement moins de puissance au moteur électrique ME. Une autre possibilité de recharge peut se faire au niveau d’un contrôle de l’assiette du dispositif volant. Le dispositif volant étant soumis au vent, le contrôle de son assiette peut consister à accélérer ou freiner uniquement l’un des moteurs à combustion MC ou électrique ME pour rétablir l’assiette. Un freinage du moteur à combustion MC ou du moteur électrique ME qui n’est pas compensé par l’autre moteur électrique ME ou à combustion MC permet également de recharger l’élément de stockage 303. Plus généralement, les signaux de commande SG et SM doivent être générés en prenant en compte le niveau de charge de l’élément de stockage 303 afin de le recharger pour qu’il puisse fournir de l’énergie au moteur électrique ME lorsque celui-ci n’est pas en mesure de fournir suffisamment d’énergie au moteur électrique ME.

Le dispositif volant de la figure 1 ne disposant que de deux moteurs sur deux côtés opposés, celui-ci ne peut contrôler son assiette que selon un seul axe de rotation. Cela peut convenir pour un dispositif volant qui dispose d’autres moteurs ou de moyens d’équilibrage pour assurer un basculement selon un autre axe et assurer un contrôle d’assiette selon plusieurs axes de rotation. A titre d’exemple, un tel dispositif peut être utilisé par exemple sur l’un des dispositifs volants divulgués dans la demande de brevet WO 2017/174942, mais seulement pour le contrôle d’assiette selon une direction en plaçant les moteurs à combustion et électrique soit à gauche et à droite, soit à l’avant et à l’arrière.

La figure 4 montre une vue de dessus d’une première variante de dispositif volant utilisant deux moteurs à combustion MC1 et MC2 et deux moteurs électriques ME1 et ME2 disposés en étoile autour d’un corps central 100. Chaque moteur à combustion MC1 ou MC2 est placé sur un côté opposé à un moteur électrique ME1 ou ME2 par rapport au corps principal 100, les moteurs électriques ME1 et ME2 étant par exemple placés vers l’avant du dispositif volant et les moteurs à combustion MC1 et MC2 étant par exemple placés vers l’arrière du dispositif volant. En outre, chaque moteur à combustion MC1 ou MC2 est couplé à un générateur électrique qui est relié au moteur électrique ME1 ou ME2 par l’intermédiaire d’un circuit de transfert à l’identique de l’un des circuits décrits à l’aide de la figure 2 ou de la figure 3.

Pour assurer une poussée verticale, les moteurs électriques ME1 et ME2 et les moteurs thermiques MC1 et MC2 fournissent une poussée identique. Pour se déplacer vers l’avant, il convient d’accélérer les moteurs à combustion MC1 et MC2 tout en ralentissant les moteurs électrique ME1 et ME2. Pour un déplacement dans une autre direction, il convient d’incliner le dispositif volant dans la direction souhaitée en transférant plus ou moins d’énergie entre le moteur à combustion MC1 et le moteur électrique ME1 ou entre le moteur à combustion MC2 et le moteur électrique ME2.

Le dispositif volant de la figure 4, tout comme le dispositif volant de la figure 1 nécessite un transfert d’énergie important entre les moteurs à combustion MC1 et MC2 et les moteurs électriques ME1 et ME2. Les pertes liées au transfert d’énergie sont proportionnelles à la quantité d’énergie. Afin de diminuer les pertes liées au transfert d’énergie, il est possible d’utiliser un nombre de moteurs à combustion et électriques plus élevé.

La figure 5 montre une vue de dessus d’une deuxième variante de dispositif volant utilisant trois moteurs à combustion MC1 , MC2 et MC3 et trois moteurs électriques ME1 , ME2 et ME3 disposés sur des sommets d’un hexagone centré autour d’un corps central 100. Les moteurs à combustion MC1 à MC3 sont placés de manière alternée par rapport aux moteurs électriques ME1 à ME3 et chaque moteur à combustion MC1 à MC3 est relié par l’intermédiaire d’un générateur et d’un circuit de transfert à un moteur électrique ME1 à ME3 placé sur un côté opposé par rapport au corps principal 100. Le principe de transfert d’énergie entre chaque moteur à combustion MC1 à MC3 et chaque moteur électrique ME1 à ME3 est similaire à celui décrit à l’aide de la figure 2 ou de la figure 3. Toutefois avec un tel agencement des moteurs à combustion MC1 à MC3 et électriques ME1 à ME3, les moteurs électriques ME1 à ME3 ne sont utilisés que pour assurer le basculement du dispositif volant, la poussée en vol stationnaire étant assurée uniquement par les moteurs à combustion MC1 à MC3.

Le dispositif volant de la figure 5 peut en effet s’incliner dans n’importe quelle direction en ralentissant un ou deux moteurs à combustion MC1 , et/ou MC2 et/ou MC3 tout en démarrant et en accélérant simultanément un ou deux moteurs électriques ME1 et/ou ME2 et/ou ME3 situés en opposition du (ou des) moteur(s) à combustion MC1 , et/ou MC2 et/ou MC3 ralentis. Le principe de transfert d’énergie se passe de la même manière que ce qui a été décrit à l’aide de la figure 2 ou de la figure 3 mais l’énergie transférée se trouve réduite car elle ne sert qu’au basculement du dispositif volant et il n’est pas nécessaire de transférer 50% de l’énergie des moteurs à combustion pour assurer une poussée équivalente sur un côté opposé afin d’avoir une poussée équilibrée.

En exploitant le principe d’équilibrage des forces de poussée entre les moteurs à combustion, la figure 6 représente un deuxième exemple de réalisation d’un dispositif volant assurant un contrôle d’assiette selon un seul axe de rotation, selon une vue de côté. Un tel dispositif volant peut disposer d’autres moteurs ou de moyens d’équilibrage pour assurer un basculement selon un autre axe et assurer un contrôle d’assiette selon plusieurs axes de rotation. A titre d’exemple, un tel dispositif peut être utilisé par exemple sur l’un des dispositifs volants divulgués dans la demande de brevet WO 2017/174942, mais seulement pour le contrôle d’assiette selon une direction en plaçant les moteurs à combustion et électrique soit à gauche et à droite, soit à l’avant et à l’arrière.

Le dispositif volant de la figure 6 comporte un corps principal 100 sur lequel est fixé un premier moteur à combustion MC1 , un deuxième moteur à combustion MC2, un premier moteur électrique ME1 et un deuxième moteur électrique ME2. La fixation des moteurs à combustion MC1 et MC2 et électriques ME1 et ME2 peut être réalisée à l’aide de bras de fixation 101 et 102 placés de part et d’autre du corps principal 100, le premier moteur à combustion MC1 et le deuxième moteur électrique ME2 étant placés sur l’un des bras 101 , le deuxième moteur à combustion MC2 et le premier moteur électrique ME1 étant placés sur l’autre bras 102. L’invention n’est pas limitée à l’usage de bras et peut utiliser tout autre moyen de fixation, l’important étant que les premiers moteurs à combustion MC1 et électrique ME1 soient placés de part et d’autre du corps principal 100 et que les deuxième moteurs à combustion MC2 et électrique ME2 soient également placés de part et d’autre du corps principal, le deuxième moteur à combustion MC2 étant placé du même côté que le premier moteur électrique ME1 et le deuxième moteur électrique ME2 étant placé du même côté que le premier moteur à combustion MC1 . Ainsi, les premier et deuxième moteurs à combustion MC1 et MC2 créent des vecteurs de poussée verticaux sur deux côtés opposés du corps principal 100 ainsi que les premier et deuxième moteurs électriques ME1 et ME2.

Les premier et deuxième moteurs à combustion MC1 et MC2 sont préférentiellement identiques et mécaniquement reliés à des hélices 111 et 113 qui transforment la rotation de chaque moteur en vecteur de poussée sensiblement vertical par rapport au corps principal 100. Les premier et deuxième moteurs électriques ME1 et ME2 sont également reliés à des hélices 112 et 114 qui transforment la rotation du moteur électrique ME en vecteur de poussée vertical. Les premier et deuxième moteurs électriques ME1 et ME2 sont préférentiellement identiques mais peuvent être de moindre puissance que les premier et deuxième moteurs à combustion MC1 et MC2.

Le dispositif volant de la figure 6 comporte en outre un premier générateur électrique GE1 couplé mécaniquement au premier moteur à combustion MC1 , et un deuxième générateur électrique GE2 couplé mécaniquement au deuxième moteur à combustion MC2. Les premier et deuxième générateurs électriques GE1 et GE2 sont des moteurs électriques dont la puissance est du même ordre de grandeur que les premier et deuxième moteurs électriques ME1 et ME2. Un premier circuit de transfert d’énergie électrique est connecté entre le premier générateur électrique GE1 et le premier moteur électrique ME1 . Un deuxième circuit de transfert d’énergie électrique est connecté entre le deuxième générateur électrique GE2 et le deuxième moteur électrique ME2. Les premier et deuxième circuits de transfert d’énergie sont identiques et peuvent correspondre au circuit de transfert 200 ou au circuit de transfert 300 décrits précédemment. Toutefois, l’utilisation de deux moteurs à combustion couplés à deux moteurs électriques placés en vis-à-vis de part et d’autre du corps principal 100 permet une gestion mutualisée des moteurs qui rend possible un couplage entre les premier et deuxième circuits de transfert d’énergie.

La figure 7 illustre un premier exemple de circuit électrique mutualisé qui est dérivé du circuit électrique de la figure 3 afin de l’implémenter dans le dispositif volant de la figure 6.

Le circuit électrique de la figure 7 comporte un premier circuit de transfert 701 , un deuxième circuit de transfert 702 et un élément de stockage 703. Le premier circuit de transfert 701 est connecté entre le premier générateur électrique GE1 et le premier moteur électrique ME1 . Le deuxième circuit de transfert 702 est connecté entre le deuxième générateur électrique GE2 et le deuxième moteur électrique ME2. Les premier et deuxième circuits de transfert 701 et 702 sont identiques et comportent chacun un premier convertisseur d’énergie 301 et un deuxième convertisseur d’énergie 302. Les premier et deuxième convertisseurs d’énergie 301 et 302 sont de même nature que ceux décrits conjointement avec la figure 3.

Le premier convertisseur d’énergie 301 du premier circuit de transfert 701 dispose d’entrées de signaux reliées au premier générateur électrique GE1 , d’une sortie de courant et d’une entrée de signal de commande recevant un signal de commande SG1 . Le premier convertisseur d’énergie 301 du deuxième circuit de transfert 702 dispose d’entrées de signaux reliées au deuxième générateur électrique GE2, d’une sortie de courant et d’une entrée de signal de commande recevant un signal de commande SG2. Le deuxième convertisseur d’énergie 302 du premier circuit de transfert 701 dispose de sorties de signaux reliées au premier moteur électrique ME1 , d’une entrée de courant et d’une entrée de signal de commande SM1 . Le deuxième convertisseur d’énergie 302 du deuxième circuit de transfert 702 dispose de sorties de signaux reliées au deuxième moteur électrique ME2, d’une entrée de courant et d’une entrée de signal de commande SM2. Les sorties de courant des premiers convertisseurs 301 sont reliées ensemble aux entrées de courant des deuxièmes convertisseurs 302 et à une première borne de l’élément de stockage 703. Une deuxième borne de l’élément de stockage 703 est reliée à la masse, l’élément de stockage 703 étant par exemple un condensateur.

En termes de fonctionnement, les premier et deuxième circuit de transfert 701 et 702 ne fonctionnent pas simultanément. Lorsque le dispositif volant est en vol stationnaire, les premier et deuxième moteurs à combustion MC1 et MC2 fournissent des forces de poussée identiques et les premier et deuxième moteurs électriques ME1 et ME2 ne sont pas alimentés. Les signaux de commande SG1 , SG2, SM1 et SM2 envoient une commande qui est par exemple une mise en circuit ouvert des premier et deuxième générateurs GE1 et GE2 et des moteurs électriques ME1 et ME2. Pour incliner le dispositif volant d’un côté, il convient de démarrer un moteur électrique, par exemple le premier moteur électrique ME1 , et de freiner le moteur à combustion situé sur le côté opposé, par exemple le premier moteur à combustion MC1 , afin de créer un déséquilibre de poussée qui va incliner le dispositif volant. A cet effet, le signal SG1 commande le premier convertisseur 301 du premier circuit de transfert 701 pour que celui-ci applique une impédance de charge sur le premier générateur GE1 correspondant à un freinage du premier moteur à combustion MC1 . L’énergie fournie à l’impédance est convertie en courant qui charge l’élément de stockage 703. Avec un léger décalage permettant une charge de l’élément de stockage 703, le signal SM1 commande le deuxième convertisseur 302 du premier circuit de transfert 701 pour que le premier moteur électrique ME1 démarre et accélère jusqu’à une vitesse permettant d’obtenir l’inclinaison requise. Pour revenir en position d’équilibre, les signaux de commande SG1 et SM1 remettent en circuit ouvert le premier générateur GE1 et le premier moteur électrique ME1 . Pour revenir plus rapidement à une position d’équilibre, il est possible d’activer le deuxième moteur électrique ME2 en envoyant une commande SM2 en utilisant une énergie résiduelle contenue dans l’élément de stockage 703, ce qui permet de compenser une accélération lente du premier moteur à combustion MC1 .

Les premier et deuxième générateurs GE1 et GE2 étant des moteurs électriques, ces derniers peuvent également être utilisés en moteur et être utilisés comme démarreurs des moteurs à combustion MC1 et MC2 à condition d’utiliser des premiers convertisseurs 301 réversibles, c’est-à-dire bidirectionnels. A cet effet, l’élément de stockage 703 peut être une batterie telle que par exemple une batterie au plomb. Pour limiter le poids et la taille de la batterie, il est préférable d’utiliser une batterie à forte densité de charge, telle que par exemple une batterie au lithium. Cependant, le circuit de la figure 7 ne permet pas d’utiliser une batterie qui nécessite une charge contrôlée.

La figure 8 illustre un deuxième exemple de circuit électrique mutualisé qui est également dérivé du circuit électrique de la figure 3.

Le circuit électrique de la figure 8 comporte un premier circuit de transfert 801 , un deuxième circuit de transfert 802, une batterie 803 et un circuit de régulation de charge 804. Le premier circuit de transfert 801 est connecté entre le premier générateur électrique GE1 et le premier moteur électrique ME1 . Le deuxième circuit de transfert 802 est connecté entre le deuxième générateur électrique GE2 et le deuxième moteur électrique ME2. Les premier et deuxième circuits de transfert 801 et 802 sont identiques au circuit de transfert 300 décrit conjointement avec la figure 3 et comportent chacun un premier convertisseur d’énergie 301 , un deuxième convertisseur d’énergie 302 et un élément de stockage 303. Le premier convertisseur d’énergie 301 du premier circuit de transfert 801 dispose d’entrées de signaux reliées au premier générateur électrique GE1 , d’une sortie de courant et d’une entrée de signal de commande recevant un signal de commande SG1 . Le premier convertisseur d’énergie 301 du deuxième circuit de transfert 802 dispose d’entrées de signaux reliées au deuxième générateur électrique GE2, d’une sortie de courant et d’une entrée de signal de commande recevant un signal de commande SG2. Le deuxième convertisseur d’énergie 302 du premier circuit de transfert 801 dispose de sorties de signaux reliées au premier moteur électrique ME1 , d’une entrée de courant et d’une entrée de signal de commande SM1 . Le deuxième convertisseur d’énergie 302 du deuxième circuit de transfert 802 dispose de sorties de signaux reliées au deuxième moteur électrique ME2, d’une entrée de courant et d’une entrée de signal de commande SM2. Pour chacun des premier et deuxième circuits de transfert 801 et 802, la sortie de courant du premier convertisseur 301 est reliée à l’entrée de courant du deuxième convertisseur 302 et à une première borne de l’élément de stockage 303. Une deuxième borne de l’élément de stockage 303 est reliée à la masse, l’élément de stockage 303 étant par exemple un condensateur.

La batterie 803 est une batterie à forte densité de charge, telle que par exemple une batterie au lithium ou une batterie au nickel. La batterie 803 comporte une première borne reliée à la masse et une deuxième borne connectée à la première borne de l’élément de stockage 303 de chacun des circuits de transfert 801 et 802 par l’intermédiaire de premières diodes 805. Le circuit de régulation de charge 804 est un régulateur de tension et de courant adapté à la batterie 803 afin de pouvoir charger cette dernière avec une tension et un courant de charge adapté à son niveau de charge selon une technique de régulation connue. Le circuit de régulation de charge 804 comporte une sortie de tension connectée à la deuxième borne de la batterie 803 et une entrée de tension connectée à la première borne de l’élément de stockage 303 de chacun des circuits de transfert 801 et 802 par l’intermédiaire de deuxièmes diodes 806. Les premières diodes 805 autorisent un passage de courant uniquement de la batterie 803 vers les éléments de stockage 303. Les deuxièmes diodes 806 autorisent un passage de courant uniquement des éléments de stockage 303 vers l’entrée de tension du circuit de régulation de charge 804.

Le fonctionnement du circuit électrique de la figure 8 est similaire à celui de la figure 7 pour ce qui est d’un vol stationnaire ou d’une inclinaison du dispositif volant. Toutefois, chaque circuit de transfert 801 et 802 dispose de son propre élément de stockage 303. La différence réside dans la gestion de l’énergie des dispositifs de stockage 303 et de la batterie 803. Si la tension aux bornes d’un dispositif de stockage 303 est inférieure à la tension de batterie moins la tension de commutation d’une première diode 805, alors la batterie 803 charge ledit dispositif de stockage 303. Ainsi chaque dispositif de stockage 303 dispose en permanence d’une charge résiduelle minimale et peut toujours restituer de l’énergie à un moteur électrique ME1 ou ME2 s’il est besoin d’accélérer ledit moteur électrique ME1 ou ME2 sans recevoir une énergie suffisante en provenance du moteur à combustion MC1 ou MC2. Lors d’un basculement, le dispositif de stockage 303 peut néanmoins être chargé lors du freinage d’un moteur à combustion MC1 ou MC2. Si plusieurs basculements successifs sont réalisés du même côté sans basculement inverse, un élément de stockage 303 verra sa charge continuellement augmenter. Lorsque le niveau de charge d’un élément de stockage 303 atteint un seuil de charge prédéterminé, l’excédent de charge peut recharger la batterie 803. Le seuil de charge prédéterminé peut être défini comme étant égal à une tension minimale d’entrée du circuit de régulation 804 additionnée de la tension de commutation des deuxièmes diodes 806. Lorsque le circuit de régulation 804 voit sa tension d’entrée supérieure à la tension minimale, le circuit de régulation fournit une tension de charge régulée qui recharge la batterie 803.

La figure 9 montre une vue de dessus d’une variante du dispositif volant de la figure 6 qui dispose d’un contrôle d’assiette selon plusieurs axes de rotation. La figure 9 montre une première variante de dispositif volant utilisant des premier à quatrième moteurs à combustion MC1 , MC2, MC3 et MC4 et des premier à quatrième moteurs électriques ME1 , ME2, ME3 et ME4 disposés en étoile autour d’un corps central 100. Les premier à quatrième moteurs à combustion MC1 , MC2, MC3 et MC4 sont respectivement placés sur un côté opposé des premier à quatrième moteurs électriques ME1 , ME2, ME3 et ME4 par rapport au corps principal 100 du dispositif volant afin de créer des vecteurs de poussée verticaux sur deux côtés opposés dudit corps 100. Le premier moteur à combustion MC1 est placé du même côté que le deuxième moteur électrique ME2 sur un premier bras de support 910. Le premier moteur électrique ME1 est placé du même côté que le deuxième moteur à combustion MC2 sur un deuxième bras de support 920. Le quatrième moteur à combustion MC4 est placé du même côté que le troisième moteur électrique ME3 sur un troisième bras de support 930. Le quatrième moteur électrique ME4 est placé du même côté que le troisième moteur à combustion MC3 sur un quatrième bras de support 940. Les premiers et deuxièmes moteurs à combustion MC1 et MC2 et électriques ME1 et ME2 sont alignés de sorte que leurs vecteurs de poussée soient inscrits dans un premier plan de poussée. Les troisièmes et quatrièmes moteurs à combustion MC3 et MC4 et électriques ME3 et ME4 sont alignés de sorte que leurs vecteurs de poussée soient inscrits dans un deuxième plan de poussée, le premier plan de poussé étant sécant au deuxième plan de poussé sur un axe vertical correspondant à la croisée des bras 910 à 940.

Dans cette variante, l’axe vertical correspondant à la croisée des bras 910 à 940 passe par le centre de gravité du dispositif volant afin de garantir plus de stabilité en vol stationnaire et donc moins de compensation d’assiette. Si l’on souhaite utiliser moins d’énergie pour assurer une assiette inclinée dans une direction privilégiée, il est possible de déporter l’axe vertical dans une direction opposée par rapport au centre de gravité.

Les premier à quatrième moteurs électriques ME1 à ME4 peuvent également être positionnés à une distance plus importante du centre de gravité du corps principal 100 que les premier à quatrième moteurs à combustion MC1 à MC4. Une telle configuration permet d’augmenter le moment de force des vecteurs de poussée des moteurs électrique ME1 à ME4 par rapport au moment de force des vecteurs de poussée des moteurs à combustion MC1 à MC4. Ainsi, la force de poussée des moteurs électrique ME1 à ME4 sera amplifiée dans le couple de basculement d’assiette du dispositif volant.

Le dispositif volant de la figure 9 comporte en outre des premier à quatrième générateurs électriques GE1 , GE2, GE3 et GE4 couplés respectivement aux premier à quatrième moteurs à combustion MC1 , MC2, MC3 et MC4. Les premier à quatrième générateurs électriques GE1 à GE4 sont des moteurs électriques dont la puissance est du même ordre de grandeur que les premier à quatrième moteurs électriques ME1 à ME4. Des premier à quatrième circuits de transfert d’énergie électrique sont connectés respectivement entre les premier à quatrième générateurs électriques GE1 à GE4 et les premier à quatrième moteurs électriques ME1 à ME4. Les premier à quatrième circuits de transfert d’énergie sont identiques et peuvent correspondre aux circuits de transfert 200, 300, 701 , 702, 801 ou 802 décrits précédemment.

A titre d’exemple, la figure 10 montre un exemple de circuit électrique utilisé par le dispositif volant de la figure 9 adapté à partir du circuit de la figure 8.

Le circuit électrique de la figure 10 comporte des premier à quatrième circuits de transfert 901 , 902, 903 et 904, une batterie 803 et un circuit de régulation de charge 804. Les premier à quatrième circuits de transfert d’énergie 901 à 904 sont connectés respectivement entre les premier à quatrième générateurs électriques GE1 à GE4 et les premier à quatrième moteurs électriques ME1 à ME4. Les premier à quatrième circuits de transfert 901 à 904 sont identiques aux circuits de transfert 801 et 802 décrits conjointement avec la figure 8 et ne nécessitent pas d’être plus amplement détaillés. La batterie 803 comporte une première borne reliée à la masse et une deuxième borne connectée à la première borne de l’élément de stockage 303 de chacun des circuits de transfert 901 à 904 par l’intermédiaire de premières diodes 805 et d’un premier interrupteur 905. Le circuit de régulation de charge 804 est un régulateur de tension et de courant adapté à la batterie 803. Le circuit de régulation de charge 804 comporte une sortie de tension connectée à la deuxième borne de la batterie 803 et une entrée de tension connectée à la première borne de l’élément de stockage 303 de chacun des circuits de transfert 801 et 802 par l’intermédiaire de deuxièmes diodes 806 et d’un interrupteur 906. Les première diodes 805 autorisent un passage de courant uniquement de la batterie 803 vers les éléments de stockage 303. Les deuxièmes diodes 806 autorisent un passage de courant uniquement des éléments de stockage 303 vers l’entrée de tension du circuit de régulation de charge 804.

Le fonctionnement du circuit électrique de la figure 10 diffère principalement de celui de la figure 8 par l’ajout des premier et deuxième interrupteurs 905 et 906 qui servent à réduire la sollicitation de la batterie afin d’augmenter sa durée de vie. Le premier interrupteur 905 sert à éviter une recharge systématique des éléments de stockage 303 dès lors que la tension aux bornes d’un élément de stockage 303 est inférieure à la tension aux bornes de la batterie. Le premier interrupteur 905 a pour vocation de rester ouvert sauf pour démarrer les moteurs à combustion MC1 à MC4 ou lorsqu’un élément de stockage 303 présente un niveau de charge qui ne permet pas de pouvoir alimenter un moteur électrique ME1 à ME2. Le deuxième interrupteur 906 sert à éviter également une recharge systématique de la batterie 803 dès qu’un niveau de charge d’un élément de stockage 303 le permet. La fermeture du deuxième interrupteur 906 peut se produire lorsqu’un élément de stockage 303 atteint un niveau de charge maximal qui risque de nuire au circuit électrique, le deuxième interrupteur 906 restant fermé jusqu’à ce que l’élément de stockage 303 atteigne un niveau de charge bien inférieur, par exemple la moitié du niveau de charge maximale. Le deuxième interrupteur 906 peut également se fermer lorsque la batterie 803 est à un niveau de charge trop bas, le deuxième interrupteur 906 restant alors fermé jusqu’à ce que la batterie 803 atteigne un niveau de charge proche de sa charge maximale sans l’atteindre afin de permettre de la recharger si des éléments de stockage 303 sont en surcharge.

De nombreuses variantes de l’invention sont possibles, le nombre de moteurs pouvant être par exemple plus important. A titre d’exemple, la figure 11 représente en perspective un dispositif volant dédié au transport de personnes qui comporte huit bras B supportant chacun un moteur à combustion MC et un moteur électrique ME. Les huit bras B sont disposés en étoile et se croisent au niveau d’un point central à équidistance de chaque moteur à combustion MC et de chaque moteur électrique ME. Chaque moteur électrique ME est alimenté en énergie par le moteur à combustion MC situé sur le bras opposé par l’intermédiaire d’un circuit de transfert logé à l’intérieur desdits bras B. Les huit bras B sont fixés au niveau de leur point central sur le dessus d’un corps principal 100. Le corps principal 100 est constitué d’une cabine destinée à recevoir un passager.

De nombreuses autres variantes de l’invention sont possibles sans sortir du cadre de l’invention tel que défini dans les revendications. A titre d’exemple, le corps principal n’est pas limité à une cabine de passager et pourrait être une plateforme ou un coffre destiné à recevoir des marchandises. Les moteurs à combustion et électriques peuvent être placés sur chaque côté du coffre ou de la plateforme. Le nombre de moteurs électriques peut être différent du nombre de moteurs à combustion, un moteur à combustion pouvant alimenter par exemple deux moteurs électriques. Les bras de fixation ne sont pas nécessaires si les moteurs à combustion et/ou électriques font partie intégrante du corps du dispositif volant ou sont intégrés dans un carénage du corps du dispositif volant.

Les moteurs à combustion peuvent être tout type de moteur utilisant un carburant solide, liquide ou gazeux. A titre d’exemple, un turboréacteur peut être utilisé en récupérant l’énergie mécanique sur son rotor central. Dans les différents exemples représentés, les moteurs à combustion sont représentés de part et d’autre d’un corps principal et pourraient laisser penser à un homme du métier que de chaque coté signifie diamétralement opposé l’un à l’autre vis-à-vis d’un centre de gravité. Il n’est pas nécessaire que la disposition des moteurs soit symétrique par rapport à un centre de gravité ou un axe de symétrie ou un plan de symétrie. Quelle que soit la position exacte des moteurs, une action sur les moteurs à combustion et électrique opposés l’un à l’autre, le dispositif volant effectue un basculement d’assiette, pour cela, il suffit que les moteurs soient placés de chaque côté d’un plan quelconque passant par le centre de gravité du dispositif volant, séparant ce dernier en deux parties qui ne sont pas nécessairement symétriques et ledit plan étant aligné sur la direction de poussée des vecteurs de poussée des moteurs, autrement dit sensiblement parallèle à ladite direction de poussée. L’utilisation d’un plan, axe ou centre de symétrie passant par le centre de gravité pour disposer les moteurs permet seulement d’établir des commandes plus facilement car l’axe de rotation est plus facile à calculer.

Comme indiqué précédemment pour des raisons de simplification, la présente description se réfère à des moteurs à combustion et électrique produisant des vecteurs de poussée selon une même direction de poussée verticale. Les vecteurs de poussée peuvent être dirigés dans une autre direction de poussée qui n’est pas nécessairement verticale. Dans ce cas, il convient, pour les moteurs à combustion et électriques dont les forces de poussée sont ajustées par transfert d’énergie, d’agencer lesdits moteurs de sorte que leurs vecteurs de poussée soient alignés dans une même direction de poussée, l’alignement des vecteurs de poussées pouvant se faire avec une tolérance de quelques degrés.