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Title:
REMOTE-CONTROLLED MOBILE PLATFORM CAPABLE OF OPERATING IN WATER OR AIR ENVIRONMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/008969
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a remote-controlled mobile platform having a volume mass close to that of the environment wherein it operates and comprising at least two pairs of thrusters (R¿1?, R¿2? - R¿3?, R¿4?) whereof the propelling axes are adjustable in two mutually parallel planes and parallel to the longitudinal axis (X¿1?, X¿2?) of the platform, means being provided for steering the platform by adjusting the orientation of said thrusters (R¿1?, R¿2? - R¿3?, R¿4?)

Inventors:
Schaer, André (15 rue Besson Colombes, F-92700, FR)
Application Number:
PCT/FR2000/002131
Publication Date:
February 08, 2001
Filing Date:
July 21, 2000
Export Citation:
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Assignee:
Schaer, André (15 rue Besson Colombes, F-92700, FR)
International Classes:
B63B39/04; B63C11/42; B63G8/16; (IPC1-7): B63G8/16; B63B39/04
Domestic Patent References:
WO1994011294A1
Foreign References:
US3752103A
GB2281538A
GB2163114A
US3945589A
DE4204962A1
EP0385827A1
DE2320734A1
US2143656A
FR2594791A1
Other References:
AOKI ET AL: "Development of expendable optical fiber cable ROV "UROV"" IEEE OCEANS 92, MASTERING THE OCEANS THROUGH TECHNOLOGY, vol. 2, 26 - 29 octobre 1992, pages 813-818, XP000346947 Newport,Rhode Island,USA
None
Attorney, Agent or Firm:
De Saint, Palais Arnaud (Cabinet Moutard 35, rue de la Paroisse Versailles Cedex, F-78005, FR)
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Claims:
Revendications
1. Plateforme mobile télécommandée, caractérisée en ce qu'elle présente une masse volumique voisine de celle du milieu dans lequel elle se trouve, et en ce qu'elle comprend au moins deux paires de propulseurs (RI, R2R3, R4) dont les axes de propulsion sont orientables dans deux plans parallèles entre eux et à l'axe longitudinal (X,, X') de la plateforme, des moyens étant prévus pour effectuer un pilotage de la plateforme en réglant l'orientation desdits propulseurs (Rl R2R3, R4).
2. Plateforme selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque propulseur (R, à R4) d'une paire présente un axe de rotation commun (X2, X'2X3, X'3) avec un propulseur de l'autre paire.
3. Plateforme selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle est destinée à évoluer en milieu aquatique, et en ce que les susdits propulseurs (Rl à R4) consistent en des réacteurs hydrauliques aptes à engendrer un flux d'eau servant à assurer la susdite propulsion.
4. Plateforme selon la revendication 3, caractérisée en ce que les susdits réacteurs comprennent une pompe d'aspiration et une turbine d'accélération (TR) entraînées par un moteur électrique (MP) alimenté par une batterie de piles ou d'accumulateurs logés à bord de la plateforme.
5. Plateforme selon la revendication 4, caractérisée en ce que les susdits réacteurs (Rl à R4) sont équipés d'une tuyère d'orientation du flux (TO) commandée par les susdits moyens de pilotage.
6. Plateforme selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque propulseur comprend une unité gyroscopique (MV, VI) de manière à obtenir un ensemble d'orientation de la plateforme indépendant du milieu dans lequel évolue ladite plateforme.
7. Plateforme selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les susdits réacteurs (R, à R4) comprennent une enceinte tubulaire (ET) dont la partie antérieure délimite une cavité étanche (CE) dans laquelle sont logés tous les éléments électriques, électroniques et électromécaniques du propulseur et dont la partie centrale délimite une chambre d'admission d'eau (CH) s'ouvrant à l'extérieur par une ouverture latérale (OL) et débouchant dans un orifice d'accès à une turbine (TR) comprenant une tuyère fixe dans laquelle est monté rotatif un rotor et une tuyère orientable (TO) qui prolonge la tuyère fixe.
8. Plateforme selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle porte une caméra vidéo orientable.
9. Plateforme selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est connectée par une liaison à fibre optique (FO) à une station de commande et de contrôle comprenant un processeur associé à une console écran/clavier et à un boîtier de pilotage à deux palonniers"main droite""main gauche" (X, Y) et un levier d'orientation de la caméra.
10. Plateforme selon la revendication 9, caractérisée en ce que : lepalonnier"main droite"permet : suivant Y : montée et descente (équivalent au"pitch") suivant X : rotation gauche ou droite suivant l'axe principal (équivalent au"roll") le"mix"permet la combinaison de ces mouvements tout en conservant l'assiette le palonnier"main gauche"permet : suivant Y : marche avant ou arrière (équivalent au"nick") suivant X : rotation de la structure sur ellemme (équivalent au changement de cap) le"mix"permet le changement de cap plus ou moins rapidement en avançant (poussée active) ou plus ou moins lentement (poussée rétroactive) le levier d'orientation de la caméra permet d'orienter la caméra dans un secteur de 90°.
11. Plateforme selon la revendication 9, caractérisée en ce que la susdite station comprend un système d'acquisition d'images vidéo en provenance de la susdite caméra.
12. Plateforme selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle consiste en un aérodyne présentant une structure de type dirigeable comprenant une enveloppe (EG) gonflée à l'aide d'un gaz plus léger que l'air, cette enveloppe présentant une nacelle (N) équipée de quatre propulseurs orientables (POs à P04) situés de part et d'autre de la nacelle.
13. Plateforme selon la revendication 12, caractérisée en ce que les propulseurs consistent en des hélices (HE) entraînées par des moteurs électriques.
Description:
PLATE-FORME MOBILE TELECOMMANDEE APTE A EVOLUER DANS UN MILIEU TEL QUE L'EAU OU L'AIR.

La présente invention a pour objet une plate-forme mobile télécommandée apte à évoluer dans un milieu tel que 1'eau ou l'air, notamment pour effectuer des reconnaissances sous-marines ou aériennes.

Elle concerne plus particulièrement une plate-forme énergétiquement autonome, télécommandable à distance par exemple depuis un poste de commande situé au sol ou sur une embarcation flottant sur 1'eau, cette plate- forme étant équipée de moyens pour transmettre à ce poste de commande des données numériques à haut débit, telles que, par exemple, celles émanant d'une caméra vidéo numérique embarquée à bord de la plate-forme.

On sait que l'une des grandes difficultés qui se pose lors de la conception d'appareils de ce genre réside dans la résolution de problèmes de stabilité, en particulier à l'état stationnaire, par exemple lors de l'acquisition et du maintien d'une orientation en vue d'effectuer un pointage par exemple d'un détecteur ou d'une caméra sur une cible.

Par ailleurs, dans de nombreuses applications, en particulier lorsque la plate- forme est amenée à évoluer en milieu névralgique, hostile ou adverse, il est souhaitable que cette plate-forme soit aussi peu détectable que possible.

Ainsi, par exemple, dans le cas d'une plate-forme sous-marine, le problème qui se pose est celui de la suppression de la signature acoustique.

De mme, dans le cas d'une plate-forme aérienne, l'un des problèmes qui se pose avec le plus d'acuité est celui de la suppression du bruit.

Il est clair que dans un cas comme dans l'autre, il convient de rendre la plate- forme"silencieuse"tout en lui permettant d'évoluer, ne serait ce que pour pointer une cible. Bien entendu, ce problème paraît a priori difficilement soluble puisque la majorité du bruit est engendrée par les moyens de propulsion et/ou de sustentation utilisés qui, en règle générale, sont relativement bruyants par eux-mmes ou par leur action sur leur environnement.

L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ces problèmes.

Elle propose, à cet effet, une plate-forme présentant une masse volumique voisine de celle du milieu dans lequel elle se trouve et comprenant au moins deux paires de propulseurs dont les axes de propulsion sont orientables dans deux plans parallèles entre eux et à l'axe longitudinal de la plate-forme, des moyens étant prévus pour effectuer un pilotage de la plate-forme en réglant l'orientation desdits propulseurs.

Avantageusement, chaque propulseur d'une paire aura un axe de rotation commun avec un propulseur de l'autre paire.

Dans le cas où le véhicule est destiné à évoluer en milieu aquatique, les propulseurs pourront consister en des réacteurs hydrauliques aptes à engendrer un flux d'eau. Ce réacteur pourra comprendre une pompe d'aspiration et une turbine d'accélération entraînées par un moteur électrique alimenté par une

batterie de piles ou d'accumulateurs logée à bord de la plate-forme. Ces réacteurs pourront entre outre tre équipés d'une tuyère d'orientation du flux.

Dans le cas où le véhicule est un aéronef, les susdits propulseurs pourront consister en des hélices entraînées par des moteurs électriques. Dans ce cas, le véhicule pourra présenter une structure similaire à celle d'un dirigeable.

Dans tous les cas, chaque propulseur pourra comprendre une unité gyroscopique de manière à constituer un ensemble d'orientation de la plate- forme indépendant du milieu environnant.

Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : Les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques d'un véhicule sous-marin vu de profil (figure 1) et vu de dessous (figure 2) ; Les figures 3 et 4 sont des coupes axiales d'un propulseur vu de profil (figure 3) et vu de dessus (figure 4) ; La figure 5 est une représentation schématique, en perspective, d'une plate-forme aérienne ; La figure 6 est un tableau comparatif faisant apparaître les analogies existant entre le pilotage d'une plate-forme selon l'invention et celui d'un hélicoptère.

Dans les exemples représentés sur les figures 1 à 4, le véhicule sous-marin se compose d'une poutre centrale tubulaire T et de quatre réacteurs hydrauliques orientables Rl à R4 situés de part et d'autre de la poutre T, à savoir :

-deux réacteurs RI, R3 orientables autour d'un axe commun X2, X'2 perpendiculaire à l'axe longitudinal de la poutre X), X2, et -deux réacteurs R2, R4 orientables autour d'un axe commun X3, X'3 parallèle à l'axe X2, X'2 et passant par le susdit axe longitudinal X 1, X'1.

La poutre centrale tubulaire T pourra renfermer une charge utile comprenant des capteurs permettant de détecter les principaux paramètres utiles au pilotage (lochs trois axes, profondimètre, compas, tension batteries, verticale, gyromètre,...), les servomoteurs SEl à SE4 commandant l'orientation des réacteurs R, à R4, des circuits d'interface pour la commande des moteurs M, à M4 et des propulseurs R ; à Rt, un phare d'éclairage et une caméra vidéo montée dans un bulbe transparent hémicylindrique BH prolongeant l'extrémité avant de la poutre centrale T, des codeurs des informations issues des capteurs ainsi que de la caméra, un module optique de transmission"full duplex"sur une fibre optique FO reliant le véhicule à un poste de commande situé à terre ou flottant sur 1'eau, et des batteries de piles ou d'accumulateurs pour l'alimentation des organes électroniques et des organes de propulsion. Un lest peut en outre tre prévu pour avoir une masse volumique globale légèrement inférieure à 1.

Bien entendu, cette liste d'éléments composant la charge de la poutre centrale n'est pas exhaustive. En effet, cette poutre pourrait comprendre en plus ou en remplacement de la caméra des systèmes de détection variés tels que des hydrophones, des sondes échographiques, etc...

Dans 1'exemple illustré sur les figures 3 et 4, les réacteurs comprennent une enceinte tubulaire ET dont la partie antérieure, qui présente une extrémité bombée, délimite une cavité étanche CE dans laquelle sont logés tous les éléments électriques, électroniques et électromécaniques du propulseur.

En particulier, cette cavité étanche CE renferme le moteur électrique MP du réacteur, le servomoteur SM de la tuyère TO d'orientation du flux, le variateur de vitesse V du moteur MP et une liaison à cardan LC reliant l'arbre de sortie du moteur MP à l'arbre d'entraînement AT de la turbine TR.

La partie centrale de 1'enceinte délimite une chambre d'admission d'eau CH s'ouvrant à l'extérieur par une ouverture latérale OL et débouchant dans un orifice d'accès OA à la turbine TR.

Cette turbine TR qui prolonge coaxialement la partie arrière de 1'enceinte ET comprend une tuyère fixe TF dans laquelle est monté pivotant un rotor entraîné en rotation par l'arbre d'entraînement AT qui traverse la chambre d'admission CH pour venir s'accoupler en sortie du dispositif à cardan LC.

La tuyère fixe TF est elle-mme prolongée par la tuyère orientable TO montée pivotante autour d'un axe X5, X'5 perpendiculaire à l'axe longitudinal X4, X'4 du propulseur.

Les mouvements de rotation de cette tuyère TO sont commandés par un servomoteur SM par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission comprenant un arbre de transmission axial AC et un mécanisme de renvoi à angle droit RA.

Par ailleurs, dans sa partie médiane, 1'enceinte ET du réacteur est solidaire d'un arbre de support AS, monté rotatif sur la poutre T et couplée à un servomoteur SE.

Les quatre degrés de liberté proposés à partir des rotations indépendantes des quatre réacteurs autorisent les mouvements suivants : 1. Translation horizontale en marche avant et en marche arrière.

Ce mouvement est obtenu lorsque les quatre réacteurs sont colinéaires avec l'axe de la poutre.

2. Translation montante et descendante oblique et verticale.

Ce mouvement est obtenu lorsque les quatre réacteurs sont orientés de la mme manière dans le secteur +/-180°.

3. Rotation à gauche ou à droite de la structure suivant l'axe principal, avec ou sans translation.

Ce mouvement est obtenu lorsque les deux réacteurs de gauche sont orientés selon un angle +/-0, tandis que les deux réacteurs de droite sont orientés suivant un angle-/+ A.

4. Rotation de la structure sur elle-mme ou changement de cap.

Ce mouvement est obtenu lorsque les quatre réacteurs sont colinéaires avec l'axe de la poutre, deux réacteurs d'un mme côté étant en propulsion dans un sens et les deux autres dans l'autre sens.

Dans tous les cas, l'assiette de la structure peut tre conservée, l'axe principal de la structure restant horizontal.

Le maintien de l'assiette dans toutes les configurations de déplacement est assuré par le pilotage des tuyères orientables TO des réacteurs, indépendamment de l'orientation des réacteurs R, à R4. Le pilotage est assuré automatiquement au niveau de la plate-forme grâce au détecteur d'assiette.

La station de commande et de contrôle à laquelle la plate-forme est reliée par l'intermédiaire de la fibre optique FO comprend un processeur associé à une console écran/clavier et à un boîtier de pilotage à deux palonniers XY et un levier d'orientation de la caméra, ainsi qu'un système d'acquisition d'images vidéo permettant une capture à 25 images, une restitution à 4 images/s avec mémorisation de séquences sur support magnétique et/ou optique.

Bien entendu, le processeur sera équipé de logiciels et de progiciels classiques, notamment de logiciels de traitement d'images et d'un logiciel de pilotage.

Un avantage important du véhicule sous-marin précédemment décrit consiste en ce que son pilotage est très proche de celui d'un aéronef à voilure tournante.

De la mme manière que pour le pilotage d'une voilure tournante, les commandes effectuées par les deux palonniers disposent des corrections de neutre et de caractéristique exponentielle permettant d'améliorer la sensibilité de celles-ci au voisinage du neutre. Ainsi, le palonnier"main droite"permet : -suivant Y : montée et descente (équivalent au"pitch") -suivant X : rotation gauche ou droite suivant l'axe principal (équivalent au"roll") -le"mix"permet la combinaison de ces mouvements tout en conservant l'assiette . le palonnier"main gauche"permet : -suivant Y : marche avant ou arrière (équivalent au"nick") -suivant X : rotation de la structure sur elle-mme (équivalent au changement de cap) -le"mix"permet le changement de cap plus ou moins rapidement en avançant (poussée active) ou plus ou moins lentement (poussée rétroactive) le levier d'orientation de la caméra permet d'orienter la caméra dans un secteur de 90°.

Avantageusement, le véhicule sous-marin pourra en outre comprendre un dispositif permettant d'assurer une commande d'orientation sans exercer une action sur 1'eau.

Comme illustré sur les figures 3 et 4, un tel dispositif fait intervenir, d'une part, dans chacun des réacteurs, un élément gyroscopique comprenant un volant d'inertie VI entraîné par un moteur électrique MV à vitesse variable et, d'autre part, au niveau du poste de commande, un logiciel permettant d'agir sur l'orientation des réacteurs Rl à R4 et/ou sur la vitesse de rotation des moteurs VI. Il s'agit alors de commander la valeur et l'orientation du couple s'exerçant au niveau du barycentre du véhicule sous-marin, résultant des couples gyroscopiques engendrés au niveau des réacteurs par les gyroscopes.

L'avantage de cette solution consiste en ce qu'elle permet d'orienter le véhicule sans perturber son environnement et, en particulier, sans avoir à engendrer un courant d'eau. En conséquence, pendant la manoeuvre, le véhicule demeure silencieux et difficilement détectable.

Comme précédemment mentionné, les applications du véhicule sous-marin sont multiples, tant sur le plan militaire que sur le plan civil.

Dans le domaine militaire, il peut servir à effectuer des reconnaissances de zones portuaires, à évaluer des situations, détecter des sources sonores, surveiller des carènes et aider au commandement. Il pourra également servir d'appui maritime pour identifier et localiser des objectifs, assurer des opérations tactiques et coordonner des actions.

Dans le domaine civil, ce véhicule pourra effectuer des missions de surveillances (chenaux, écluses, zones portuaires, bassins d'aquaculture), de reconnaissances, pollution, sinistres et/ou de maintenance (carènes, infrastructures immergées).

Dans le domaine scientifique, le véhicule pourra tre utilisé pour des recherches en aquaculture pour l'étude de la faune et de la flore marine, pour la détection et la lutte contre la pollution et dans le cadre d'études d'hydrologie.

Dans 1'exemple illustré sur la figure 5, le véhicule consiste en un aérodyne présentant une structure de type dirigeable comprenant une enveloppe EG gonflée à l'aide d'un gaz plus léger que l'air, cette enveloppe portant une nacelle N de conception voisine de celle du véhicule sous-marin, en ce sens qu'elle comporte également une poutre centrale et quatre propulseurs orientables POl à P04 situés de part et d'autre de la nacelle, à savoir : -deux propulseurs POI, PO3 orientables autour d'un axe commun perpendiculaire à l'axe longitudinal de la nacelle N, et -deux propulseurs PO2, P04 orientables autour d'un axe commun, parallèle au susdit axe commun et passant par ledit axe longitudinal.

Toutefois, dans ce cas, les propulseurs PO, a PO ; consistent en des hélices HE entraînées par des moteurs électriques. De mme, la caméra orientable est placée au-dessus de la nacelle et non au-devant, comme dans 1'exemple précédent.

La figure 6 est un tableau comparatif faisant apparaître les analogies existant entre le pilotage d'une plate-forme selon l'invention et celui d'un hélicoptère.

Sur ce tableau, les symboles représentés ligne L, schématisent les organes nécessaires au pilotage qui sont ici les mmes pour la plate-forme et pour l'hélicoptère, les lignes L2 et L3 indiquant la nature de ces commandes respectivement pour la plate-forme et pour l'hélicoptère.

Le symbole S correspond à une manette de gaz réglant la poussée (plate- forme) ou le pas général ou Nick (hélicoptère).

Le symbole S2 est celui d'une manette d'inversion de poussée propre à la plate-forme mais qui n'a pas d'équivalent en ce qui concerne l'hélicoptère.

Les symboles S3, S4, S5 sont ceux d'un manche de pilotage dont les déplacements latéraux agissent sur le gîte (plate-forme) ou le roulis (hélicoptère), les déplacements avant/arrière règlent la profondeur (plate- forme) et le tangage (hélicoptère) et la rotation autour de son axe commande le cap (plate-forme) ou le lacet (hélicoptère).

Les symboles figurant sur les colonnes Cl et C schématisent les actions effectuées respectivement par l'hélicoptère et par la plate-forme en fonction de la nature des ordres exercés sur les commandes.

Dans la configuration de la ligne L2, la manette des gaz est poussée, la manette d'inversion est sur l'avant et le manche est à sa position O. La plate-forme, dont les propulseurs sont axés parallèlement à l'axe longitudinal avance, tandis que l'hélicoptère avance en montant.

La ligne L3 ne concerne que la plate-forme. La manette d'inversion de flux est orientée vers l'arrière et, en conséquence, la plate-forme recule.

La ligne L4 ne diffère de la ligne L2 que par le fait que le manche de pilotage est poussé vers l'avant. Les propulseurs de la plate-forme sont alors orientés vers le haut et la plate-forme amorce en conséquence une descente. De mme, cette action sur le manche provoque une action du pas cylindrique qui tend à faire descendre l'hélicoptère.

Dans le cas où l'on tire le manche vers l'arrière (ligne L5), cette action provoque l'orientation des propulseurs vers le bas et donc une montée de la plate-forme et une modification du pas cyclique de l'hélicoptère tendant à le faire monter.

La ligne L6 ne diffère de la ligne L I que par le fait que le manche a été déplacé vers la droite. Cette action provoque une orientation des propulseurs bâbord vers le bas et des propulseurs tribord vers le haut, ce qui engendre un virage à droite de la plate-forme. Parallèlement, cette action provoque une variation du pas cyclique latéral de l'hélicoptère qui engendre également un virage à gauche.

A l'inverse, et pour des raisons similaires, un déplacement du manche vers la gauche (ligne L7) provoque un virage à gauche de la plate-forme et de l'hélicoptère.

La ligne L8 ne diffère de la ligne L2 que par le fait que l'on a fait tourner le manche sur lui-mme vers la gauche. Cette action provoque une réduction de poussée des propulseurs bâbord par rapport aux propulseurs tribord et donc un changement de cap stationnaire vers la droite de la plate-forme. En ce qui concerne l'hélicoptère, cette action provoque l'action du propulseur arrière et donc également un changement de cap stationnaire dans le mme sens.

Une action en sens inverse sur le manche conduit pour des raisons analogues à un changement de cap stationnaire en sens inverse (L9).

Grâce à ces nombreuses analogies, il devient possible d'utiliser pour la plate- forme des instruments de pilotage analogues à ceux d'un hélicoptère. De mme, il est possible d'adapter des logiciels conçus pour les hélicoptères pour effectuer le pilotage de la plate-forme.

Un autre avantage important de cette solution consiste en ce qu'un pilote d'hélicoptère pourra très rapidement effectuer le pilotage de la plate-forme, sans avoir besoin d'une formation particulière.

Grâce aux particularités précédemment évoquées, ce véhicule peut avoir de nombreuses applications, à savoir, notamment : APPLICATIONS MILITAIRES Surveillance et reconnaissance : -reconnaissance de zones et de frontières, -évaluation de situation, -détection radioélectrique, radioactive,...

-aide au commandement.

Appui terrestre et maritime : -acquisition, identification et localisation d'objectifs, opérations tactiques, -coordination d'actions.

APPLICATIONS CIVILES Surveillance et reconnaissance : -surveillance de rassemblements, manifestations,...

-surveillance de sites, zones et bases, -reconnaissance de pollution, sinistres,...

-maintenance de pylônes, aériens d'émission radioélectriques, câbles porteurs et de traction,...

RECHERCHE SCIENTIFIQUE -aérologie et vulcanologie, -météorologie, -pollution.