Domaine technique

La présente invention concerne un dispositif volant à décollage vertical, notamment un drone, ainsi qu'un procédé de montage d'un tel dispositif.

Le domaine de l'invention est, de manière non limitative, celui des dispositifs volants avec ou sans pilote. Plus particulièrement, mais de manière non limitative, le domaine de l'invention est celui des drones aériens.

État de la technique

L'utilisation d'appareils volants sans pilote tels que des drones est en pleine progression. Ils sont mis en œuvre pour une diversité de tâches incluant l'acquisition d'images, la télésurveillance, l'observation de l'environnement ou la protection civile.

Pour des drones hybrides, comprenant des hélices et des ailes classiques, la transition entre le vol vertical et le vol horizontal est problématique, notamment dans le cas de vents turbulents. En particulier, ce type de drone peut bénéficier de la portance des ailes classiques pour augmenter son autonomie soit à partir de vitesses d'avances relativement élevées, soit en ayant recours à des tailles d'ailes importantes. Cependant, la trajectoire est contrainte par le domaine de stabilité de l'aile qui décroche au-delà d'un angle de vent apparent relativement faible, ce qui rend difficile le pilotage manuel de ce type d'engin.

Le transport d'objets par drone est par ailleurs très limité en poids et en autonomie. Pour pouvoir transporter les objets sur des grandes distances, la portance et l'autonomie du drone doivent être augmentées, ce qui entraîne généralement une augmentation de la taille des propulseurs et/ou des ailes, ainsi que des batteries.

Pour des questions réglementaires et de sécurité, certains drones doivent être équipés de dispositifs de freinage tels que des parachutes, ce qui ajoute de la charge embarquée et donc pénalise l'autonomie et la charge utile du drone. Des appareils volants sont également utilisés en tant qu'éoliennes aéroportées ou volantes, auquel cas ils sont reliés au sol par un câble.

Un tel dispositif captif a été proposé avec un ballon flottable rempli d'hélium pour le faire décoller et atterrir. Cependant, l'hélium coûte cher, et il est par ailleurs impossible pour l'instant de faire des ballons totalement étanches, nécessitant un rechargement régulier.

Le but de la présente invention est de disposer d'un dispositif volant à décollage vertical permettant de remédier à au moins un de ces inconvénients.

Exposé de l'invention

Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif volant à décollage vertical ayant des performances aérodynamiques améliorées par rapport à ceux de l'état de l'art.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un dispositif volant à décollage vertical ayant une consommation énergétique réduite pour en augmenter l'autonomie.

Cet objectif est atteint avec un dispositif volant à décollage vertical, notamment un drone, le dispositif volant comprenant :

- un corps ;

-au moins deux propulseurs fixés sur le corps, chaque propulseur comprenant une hélice et un moteur configuré pour entraîner en rotation l'hélice autour d'un axe de rotation d'hélice, les hélices étant agencées dans un plan sensiblement horizontal ; le dispositif volant comprenant en outre un module à effet Magnus comprenant au moins deux ailes à effet Magnus, dans lequel :

- les ailes à effet Magnus sont disposées par paire et symétriquement de part et d'autre du centre de gravité du dispositif, de sorte à avoir un axe de rotation commun sensiblement horizontal et sensiblement perpendiculaire aux axes de rotation d'hélice,

- les ailes à effet Magnus sont configurées pour être entraînées en rotation par au moins un moteur autour de leur axe de rotation ; dans lequel les ailes à effet Magnus sont configurées pour permettre, lorsqu'elles sont mises en rotation, la sustentation du dispositif volant par une force aérodynamique à effet Magnus et en synergie avec une force aérodynamique des hélices mises en rotation.

Le dispositif volant selon l'invention se compose d'un dispositif volant multi- rotors comprenant en outre au moins deux ailes à effet Magnus. Une aile à effet Magnus comprend notamment un cylindre, pouvant être entraîné en rotation par un moteur.

Ce dispositif à voilure mixte permet des décollages et atterrissages verticaux, ainsi que des vols de croisière en tirant partie de la portance des ailes à effet Magnus entraînées en rotation par l'au moins un moteur.

Les ailes à effet Magnus sont configurées pour permettre la sustentation du dispositif volant par effet Magnus, et synergiquement avec des hélices configurées pour être entraînées en rotation dans un plan sensiblement horizontal autour d'un axe perpendiculaire aux axes de rotation des ailes Magnus. Ceci permet de faciliter le pilotage de l'aéronef, tout en diminuant la complexité et le coût du dispositif de propulsion.

Le dispositif volant selon l'invention présente des performances aérodynamiques améliorées par rapport aux dispositifs de l'état de l'art, notamment en termes de compacité, robustesse et d'agilité de vol.

En particulier :

- Compacité : A portance équivalente, la surface d'une aile à effet Magnus est réduite d'environ 80% par rapport à la surface d'une aile classique. Ceci permet d'exploiter sa capacité de planée à faible vitesse ou pour des faibles dimensions. - Robustesse : Grâce à leurs axes de symétrie, les ailes à effet Magnus ne sont pas sensibles à l'orientation du flux d'air et ne présentent pas de comportement de décrochage ou inversions frontales. La portance dépend uniquement du rapport entre la vitesse de rotation et la norme du vent apparent. Ceci confère au dispositif une bonne robustesse aux rafales (variations brusques de la vitesse du vent) et permet au dispositif d'effectuer n'importe quel type de trajectoire sans comportement instable. En l'absence de contrainte de trajectoire, un drone multi-rotors conventionnel peut être équipé d'un module à effet Magnus selon l'invention sans la nécessité de modifier l'algorithme de pilotage du drone. L'opérateur d'un tel dispositif volant selon l'invention n'a alors pas besoin de formation supplémentaire pour piloter le dispositif.

- Agilité de vol : Comme il n'y a pas de situation de décrochage, le dispositif volant est plus maniable et facile à piloter par un opérateur.

De manière avantageuse, l'agencement des ailes à effet Magnus selon un axe de rotation commun permet au dispositif volant d'effectuer une autorotation, lorsque les ailes d'une même paire tournent dans des sens opposés. Ainsi, en cas de défaillance des propulseurs du dispositif, la mise en rotation dans le sens opposé des cylindres à effet Magnus lors d'une chute verticale du dispositif permet, en entraînant une autorotation du dispositif et donc la production d'une force de portance, de ralentir significativement sa vitesse de descente. La vitesse de descente peut par ailleurs être contrôlée en contrôlant les vitesses de rotation des cylindres Magnus. Cela confère au dispositif volant selon l'invention une fonctionnalité de sécurité sans ajout de poids supplémentaire.

Les propulseurs, comprenant chacun un moteur et une hélice, sont fixés sur le même corps dans une position fixe les uns par rapport aux autres.

Les ailes à effet Magnus peuvent être équipées d'un ou plusieurs disques Thom disposés sur leurs bases et/ou le long du cylindre, les disques étant agencés perpendiculairement à l'axe de rotation de l'aile. Ceci permet notamment d'augmenter l'effet Magnus des ailes.

Les axes de rotation d'hélice sont sensiblement perpendiculaires aux axes de rotation des ailes à effet Magnus. Par exemple, l'angle entre ces deux axes peut se situer entre -30° et 30°.

Selon un mode de réalisation préféré, les ailes à effet Magnus peuvent être non-flottantes.

En effet, le fonctionnement du dispositif volant n'est pas basé sur une flottabilité des ailes à effet Magnus, induite par un gaz plus léger que l'air.

Avantageusement, les ailes à effet Magnus peuvent être agencées symétriquement et sensiblement proche du centre de gravité du dispositif. Cette configuration a pour effet de minimiser les couples de perturbations liées aux forces aérodynamiques des ailes, permettant d'améliorer la stabilité du dispositif volant.

De manière avantageuse, le dispositif selon l'invention peut également comprendre des moyens de commande configurés pour commander indépendamment la vitesse et/ou le sens de la rotation de chaque aile à effet Magnus.

La commande indépendante de la vitesse et/ou du sens de la rotation de chaque aile permet de contrôler les forces aérodynamiques de portance et traînée de chaque aile à effet Magnus.

Ainsi, lors du fonctionnement du dispositif, la vitesse et/ou le sens de rotation d'une aile à effet Magnus peut être différent(e) d'une autre aile à effet Magnus.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le module d'ailes à effet Magnus peut être amovible du corps du dispositif. Ainsi, le module peut être monté sur et démonté d'un aéronef existant, manuellement ou au moyen d'outils, l'aéronef ayant par ailleurs au moins deux propulseurs.

Le module d'ailes à effet Magnus peut, par exemple, être vissé ou clipsé sur un drone existant.

Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif volant peut comprendre en outre une dérive disposée en aval des hélices et des ailes à effet Magnus le long de l'axe de lacet du dispositif, la dérive comprenant un organe de direction motorisé, tel qu'une gouverne avec un moteur, configuré pour modifier l'orientation du dispositif autour de son axe de roulis.

Avantageusement, le dispositif peut être adapté pour transporter un ou plusieurs passagers et/ou du fret.

Par exemple, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour effectuer des livraisons de colis de marchandises.

Selon un autre mode de réalisation, le dispositif peut être connecté à un module de base au sol au moyen d'un élément de connexion, dans lequel l'élément de connexion est agencé pour transférer de l'énergie due au mouvement du dispositif à un générateur de courant électrique dans le module de base.

On entend par « module de base au sol » un module terrestre ou maritime, mobile ou non.

Le dispositif volant selon ce mode de réalisation est un dispositif dit captif. Il permet de récupérer l'énergie du vent.

Le dispositif peut appartenir notamment à la catégorie des éoliennes volantes ou aéroportées. Les propulseurs permettent son décollage et atterrissage automatique même en l'absence de vent. La disposition et le fonctionnement synergique des hélices et des ailes à effet Magnus permet de faire décoller, atterrir et manœuvrer le dispositif captif pour lui faire faire des trajectoires optimisant sa production d'énergie. Selon un exemple, l'élément de connexion peut être connecté à un treuil- générateur au sol pour produire de l'énergie. Lorsque l'élément de connexion atteint sa longueur maximum, il est rembobiné en faisant en sorte que le dispositif volant, dit cerf-volant, minimise sa force de traction pour minimiser l'énergie dépensée lors de cette opération.

Selon un autre exemple, le dispositif peut embarquer une turbine pour transformer l'énergie du vent directement avant de la transmettre au sol via un câble conducteur compris par l'élément de connexion.

Il est également possible d'exploiter la force de traction directement pour tracter, par exemple, un bateau. Le bateau peut éventuellement être équipé de turbines immergées et produire de l'énergie à bord.

Selon un exemple, l'élément de connexion peut comprendre un câble ou une courroie.

Le câble de connexion peut être conducteur pour pouvoir alimenter en électricité le dispositif volant.

L'élément de connexion peut être connecté au corps du dispositif en un ou plusieurs points.

L'élément de connexion peut être pourvu d'un ou plusieurs actionneurs configurés pour varier la longueur de l'élément de connexion ou d'une partie de l'élément de connexion.

L'au moins un actionneur peut être agencé au niveau d'un point de fixation de l'élément de connexion au corps du dispositif, ou sur la longueur de l'élément de connexion.

De manière avantageuse, pour un dispositif captif, il est possible de contrôler la force de traction du câble de connexion au niveau du sol et les couples induits par cette force sur le dispositif.

La force de traction du câble est liée à l'écart entre le point de fixation du câble et le centre de gravité du dispositif. Lorsque le câble est fixé en trois points au dispositif et à condition que le câble soit tendu, l'angle de roulis est imposé par l'angle du câble. Il est alors possible de contrôler cet angle par l'intermédiaire d'un actionneur supplémentaire agissant sur la longueur relative des deux câbles supplémentaires.

Aussi, en régulant la longueur de l'élément de connexion, l'altitude du dispositif peut être contrôlée.

Avantageusement, au moins l'un des propulseurs peut être configuré pour générer de l'énergie électrique.

L'énergie électrique produite peut être transmise au sol via l'élément de connexion, lorsque le dispositif est un dispositif captif, ou consommée en embarqué.

Dans sa version captive, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre une dérive disposée en aval des hélices et des ailes à effet Magnus le long de l'axe de roulis du dispositif, la dérive comprenant un organe de direction motorisé configuré pour modifier l'orientation du dispositif autour de son axe de lacet.

Selon un autre aspect de la même invention, il est proposé un procédé de montage d'un dispositif volant à décollage vertical, notamment un drone, le procédé comprenant les étapes suivantes :

-fourniture d'un dispositif volant à hélices comprenant un corps et au moins deux propulseurs fixés sur le corps, chaque propulseur comprenant une hélice et un moteur configuré pour entraîner en rotation l'hélice autour d'un axe de rotation d'hélice, les hélices étant agencées dans un plan sensiblement horizontal ;

- montage, sur le dispositif volant à hélices, d'un module à effet Magnus comprenant au moins deux ailes à effet Magnus, comprenant la disposition des ailes par paire et symétriquement de part et d'autre du centre de gravité du dispositif, de sorte à avoir un axe de rotation commun sensiblement horizontal et sensiblement perpendiculaire aux axes de rotation d'hélice ; dans lequel les ailes à effet Magnus sont configurées pour être entraînées en rotation par au moins un moteur autour de leur axe de rotation ; dans lequel les ailes à effet Magnus sont configurées pour permettre, lorsqu'elles sont mises en rotation, la sustentation du dispositif volant à décollage vertical par une force aérodynamique à effet Magnus seule et en synergie avec une force aérodynamique des hélices mises en rotation.

Description des figures et modes de réalisation

D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels :

- la Figure 1 montre trois vues représentant schématiquement un dispositif volant selon un mode de réalisation de l'invention ;

- la Figure 2 montre trois vues représentant schématiquement un dispositif volant selon un autre mode de réalisation ;

- la Figure 3 montre trois vues représentant schématiquement un dispositif volant selon un autre mode de réalisation ;

- la Figure 4 montre deux représentations schématiques d'un dispositif volant selon encore d'autres modes de réalisation de l'invention ;

- la Figure 5 montre schématiquement un dispositif volant selon des modes de réalisation, ayant une dérive ;

- la Figure 6 montre schématiquement un dispositif volant selon d'autres modes de réalisation, ayant une dérive ; et

- la Figure 7 est une représentation schématique d'un dispositif volant selon un mode de réalisation, ayant un module d'ailes à effet Magnus amovible.

Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.

En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.

Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures peuvent conserver la même référence.

Les Figures 1 à 3 sont des représentations schématiques d'exemples de réalisation non-limitatif d'un dispositif volant selon l'invention, selon différentes vues (de face (a), du dessus (b), de côté (c)).

Le dispositif 10, tel que représenté sur la Figure 1, comprend un corps 11 sur lequel sont montés deux propulseurs 12. Chaque propulseur 12 comprend un moteur 13 et une hélice 14, le moteur 13 étant configuré pour entraîner l'hélice 14 en rotation. Les deux propulseurs 12 sont agencés de part et d'autre du centre de gravité du dispositif 10, de manière symétrique.

Le dispositif 10, qui peut notamment être de type drone, comprend également un module à effet Magnus. Dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 1, le module à effet Magnus comprend deux ailes 15 à effet Magnus.

Les ailes à effet Magnus 15 consistent en des cylindres 15a. Les cylindres 15a peuvent être équipés d'un disque Thom 15b à l'une ou deux de leurs extrémités, comme illustré sur la Figure 1.

Les ailes à effet Magnus peuvent être non-flottantes. En effet, la flottabilité des ailes n'est pas nécessaire pour le fonctionnement du dispositif volant. Ceci signifie que les ailes peuvent être en matériaux étanches à l'air ou non. Les ailes 15 sont disposées de part et d'autre du centre de l'axe connectant les propulseurs 12, correspondant au centre de gravité du dispositif 10, de manière symétrique. Les ailes 15 sont alignées de sorte à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation commun 16. L'axe de rotation 16 est sensiblement horizontal. Les axes de rotation d'hélice sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation 16 des ailes 15, l'axe de rotation 16 des ailes 15 étant perpendiculaire à l'axe connectant les propulseurs 12.

La configuration du dispositif 10 selon le mode de réalisation représenté sur la Figure 1 est une configuration dite « + », en raison de l'agencement des hélices et des ailes les unes par rapport aux autres.

La Figure 2 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif volant selon l'invention.

Dans cette configuration, le dispositif 20 comprend quatre propulseurs 22 comprenant chacun un moteur 23 et une hélice 24. Les propulseurs 22 sont montés sur le corps 11 et agencés de manière symétrique autour du centre de gravité du dispositif 20.

Le dispositif 20 comprend également un module à effet Magnus, comprenant deux ailes 25 à effet Magnus. Les ailes 25 sont disposées de part et d'autre du centre de gravité du dispositif 20, de manière symétrique. Les ailes 25 sont alignées de sorte à pouvoir tourner autour d'un axe de rotation commun 16. L'axe de rotation 16 est sensiblement horizontal. Les axes de rotation d'hélice sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation 16 des ailes 25.

La configuration du dispositif 20 selon le mode de réalisation représenté sur la Figure 2 est une configuration dite « étoile », en raison de l'agencement des hélices et des ailes les unes par rapport aux autres.

La Figure 3 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif volant selon l'invention.

Dans cette configuration, le dispositif 30 comprend quatre propulseurs 32 comprenant chacun un moteur 33 et une hélice 34. Les propulseurs 32 sont montés sur le corps 11 et agencés de manière symétrique autour du centre de gravité du dispositif 30. Le dispositif 30 comprend quatre ailes 35 à effet Magnus. Les ailes 35 sont disposées de part et d'autre du centre de gravité du dispositif 30, par paires et de manière symétrique. Chaque paire d'ailes 35 est alignée de sorte à ce que les ailes peuvent tourner autour d'un axe de rotation commun 16. Les deux axes de rotation 16 communs sont sensiblement horizontaux et parallèles l'un par rapport à l'autre. Les axes de rotation d'hélice sont sensiblement perpendiculaires aux axes de rotation 16 des ailes 35.

La configuration du dispositif 30 selon le mode de réalisation représenté sur la Figure 3 est une configuration dite « Xi », en raison de l'agencement des hélices et des ailes les unes par rapport aux autres ressemblant au caractère grec.

Selon d'autres exemples de réalisation, le dispositif 20, 30 peut comprendre un nombre supérieur de propulseurs, notamment six ou huit propulseurs.

Dans les exemples représentés sur les Figures 1, 2 et 3, les hélices 14, 24, 34 sont agencées dans un plan sensiblement horizontal. Les axes des cylindres Magnus peuvent se trouver légèrement au-dessus du plan des hélices ou légèrement en dessous.

Bien sûr, le dispositif volant peut comporter un nombre différent que ceux représentés de paires d'ailes à effet Magnus.

Dans la mesure où l'axe de rotation des cylindres Magnus est proche du centre de gravité du dispositif, les hélices peuvent pointer soit vers le bas, soit vers le haut. Il est également possible qu'une partie des hélices pointe vers le haut et une autre partie vers le bas. Cela signifie que dans un cas, le moteur se trouve en dessous de l'hélice et dans l'autre, le moteur se trouve au-dessus de l'hélice.

Le dispositif 10, 20, 30 selon les modes de réalisation des Figures 1 à 3, respectivement, comprend également des moteurs 17 d'ailes, chaque moteur 17 étant configuré pour entraîner une aile 15, 25, 35 en rotation. Bien sûr, il est également envisageable qu'un seul moteur puisse entraîner toutes les ailes 15, 25, 35 en rotation. La rotation des ailes 15, 25, 35 permet d'exploiter la portance des ailes via l'effet Magnus. Selon des modes de réalisation alternatifs, le dispositif selon l'invention est un dispositif volant captif, étant relié au sol par un élément de connexion tel qu'un câble, etc.

La Figure 4 montre des exemples de réalisation de versions captives du dispositif.

Le dispositif 40, représenté sur la Figure 4(a), est dans une configuration « + » comme celui décrit en référence à la Figure 1. Outre les éléments déjà mentionnés, le dispositif 40 comprend en outre un câble de connexion 41 pour le relier au sol. Le câble 41 est fixé au dispositif 40 en un point, sensiblement proche de son centre de gravité, ou du centre géométrique entre les propulseurs 12.

Le dispositif 40 est connecté à un module de base (non représenté) au sol au moyen du câble 41. Le câble 41 permet de transférer de l'énergie cinétique du vent due au mouvement du dispositif à un générateur de courant électrique dans le module de base.

Le câble de connexion peut être connecté au corps du dispositif en plusieurs points de fixation. La Figure 4(b) illustre un exemple de réalisation d'un dispositif volant captif 50 en configuration « étoile » comme celui décrit en référence à la Figure 2, dans lequel le câble de connexion 51 est attaché au corps du dispositif 50 au centre ainsi qu'aux deux extrémités définies par les deux cylindres Magnus 25a. Pour cela, deux points ou pièces de fixation 53 peuvent être prévus aux extrémités des cylindres Magnus. Par exemple, une liaison pivot peut être assurée entre la pièce de fixation 53 et le cylindre 25a pour ne pas gêner sa rotation. Les deux câbles supplémentaires 51a, 51b se rejoignent en un point sur le câble principal 51.

Le câble 51 est en outre équipé d'un actionneur 52, tel qu'un treuil, permettant de varier la longueur relative des deux câbles supplémentaires 51a, 51b soit au niveau du câble principal 51, soit au niveau des pièces de fixation 53.

Le câble 41, 51 de connexion peut être configuré pour pouvoir transmettre de l'énergie électrique, du module de base vers le dispositif volant, ou inversement. De manière avantageuse, un ou plusieurs des propulseurs peuvent être configurés pour générer de l'énergie, quelle que soit la configuration du dispositif, pour les versions captives et non captives.

De manière avantageuse, le dispositif selon l'invention peut comprendre une dérive. Les Figures 5 et 6 illustrent des modes de réalisation du dispositif selon d'autres modes de réalisation. Ici, le dispositif comprend en outre une dérive 71. La dérive 71 comprend une gouverne 72 avec un moteur.

Les Figures 5(a) à 5(c) concernent un dispositif volant 100, 200 non captif selon une configuration « + » (Figure 5(a)) et une configuration « étoile » (Figures 5(b) et 5(c)). La dérive 71 est disposée en aval des propulseurs 12, 22 et des ailes 15, 25 à effet Magnus le long de l'axe de lacet du dispositif 100, 200. La Figure 5(c) montre une vue de côté du dispositif 200 avec la dérive 71. La dérive 71 permet d'appliquer un couple en roulis sur le dispositif 100, 200 lorsque la vitesse de vent apparent le long de l'axe de lacet est non nulle, et ainsi permet de modifier l'orientation du dispositif 100, 200 autour de son axe de roulis.

Les Figures 6(a) à 6(c) concernent un dispositif volant captif 400, 500 selon une configuration « + » (Figure 6(a)) et une configuration « étoile » (Figures 6(b) et 6(c)). La dérive 71 est disposée en aval des propulseurs 12, 22 et des ailes 15, 25 à effet Magnus le long de l'axe de roulis du dispositif. La Figure 6(c) montre une vue de côté du dispositif 500 avec la dérive 71. La dérive 71 permet d'appliquer un couple en lacet sur le dispositif 400, 500 lorsque la vitesse de vent apparent le long de l'axe de roulis est non nulle, et ainsi permet de modifier l'orientation du dispositif 400, 500 autour de son axe de lacet.

Le dispositif volant selon l'invention comprend également différents capteurs. Ces capteurs incluent ceux typiquement utilisés dans le domaine des drones aériens: notamment des centrales i nertiel les, un GPS, un capteur de pression, des capteurs de distances radar ou ultrasoniques, des capteurs de vision, des capteurs de vitesse telle qu'une sonde Pitot, etc.

L'ensemble des capteurs permet d'avoir accès aux variables d'état du dispositif, sa position et son orientation dans l'espace et leurs dérivées par rapport au temps. Un algorithme d'estimation permet également de reconstruire la vitesse du vent à partir de l'ensemble des mesures effectuées par les capteurs et d'un modèle de comportement du dispositif.

Dans sa version captive, le dispositif peut comprendre des capteurs supplémentaires. Par exemple, il peut être utile de mesurer la force de tension du câble, mesurée au sol ou en embarqué sur le dispositif, ou la vitesse du vent au niveau du sol ou en embarqué sur le dispositif. Ces données permettent d'améliorer la précision des mesures de l'état ou comportement du dispositif.

Les actionneurs qui agissent sur le comportement du dispositif volant sont les propulseurs du multi-rotor (deux ou plus) et le ou les moteurs entraînant les cylindres Magnus autour d'axes de rotation sensiblement alignés. Dans sa version captive, le dispositif comporte un actionneur supplémentaire situé au niveau du sol permettant de contrôler la force de traction sur le câble via un treuil.

Le dispositif selon l'invention comprend des moyens de commande (non représentés sur les Figures). Les moyens de commande sont configurés pour commander les actionneurs, et donc les propulseurs et les moteurs des ailes à effet Magnus.

D'une part, la vitesse de rotation de chaque propulseur est contrôlée, permettant de contrôler une force de poussée orientée sensiblement dans la direction de son axe de rotation, ainsi qu'un couple de contre-réaction autour de ce même axe de rotation.

D'autre part, la vitesse de rotation de chaque cylindre peut être contrôlée indépendamment, permettant de contrôler les forces aérodynamiques de portance et traînée de chaque cylindre à effet Magnus. Ces forces sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de rotation du cylindre. Les cylindres produisent également un couple de contre-réaction autour de leur axe de rotation.

Les hélices et les cylindres en rotation produisent aussi des couples gyroscopiques qui dépendent de leurs masses et de leurs vitesses de rotation respectives.

Le dispositif volant selon l'invention comprend également des pieds qui assurent sa stabilité lorsqu'il est posé au sol. Les Figures 1, 2, 3 et 5 illustrent des exemples de dispositifs avec des pieds 18. Les pieds peuvent être conçus pour pouvoir se resserrer lors du vol, ou encore se rétracter pour améliorer les performances aérodynamiques lors des phases de plané.

Le dispositif volant peut être alimenté électriquement par une batterie. La communication avec des unités de pilotage et de supervision au sol peut être réalisée par l'intermédiaire d'une liaison radiofréquence.

Dans le cas de la version captive, l'alimentation électrique du dispositif et sa communication avec les unités de pilotage et de supervision au sol peuvent être réalisées via le câble de connexion.

De manière particulièrement avantageuse, le module d'ailes à effet Magnus peut être amovible du corps du dispositif volant. Un exemple de réalisation est illustré sur la Figure 7. Dans cet exemple, le module comprend deux ailes à effet Magnus 25, au moins un moteur pour entraîner les ailes en rotation, et un module de contrôle 70.

Les ailes 25 et le module de contrôle 70 peuvent être fixés (par exemple vissés) sur un dispositif volant existant, par exemple un drone multi-rotor 80 tel qu'illustré sur la Figure 7.

Le module de contrôle 70 comprend un algorithme de contrôle des ailes 25 indépendamment ou en combinaison avec le contrôle des hélices 24 présentes sur le dispositif. Aucune intervention sur l'algorithme de contrôle du drone multi-rotor n'est nécessaire.

Un procédé de montage d'un dispositif volant à décollage vertical selon l'invention comprend ainsi les étapes suivantes : fourniture d'un dispositif volant à hélices comprenant un corps et d'au moins deux moteurs fixés sur le corps, chacun des moteurs étant configuré pour entraîner en rotation une hélice autour d'un axe de rotation d'hélice, les hélices étant agencées dans un plan sensiblement horizontal ; et montage, sur le dispositif volant à hélices, d'un module à effet Magnus comprenant au moins deux ailes à effet Magnus, comprenant la disposition des ailes par paire et symétriquement de part et d'autre du centre de gravité du dispositif, de sorte à avoir un axe de rotation commun sensiblement horizontal et sensiblement perpendiculaire aux axes de rotation d'hélice.

Les ailes à effet Magnus sont configurées pour être entraînées en rotation par au moins un moteur autour de leur axe de rotation, et pour permettre, lorsqu'elles sont mises en rotation, la sustentation du dispositif volant par une force aérodynamique à effet Magnus seule et en synergie avec une force aérodynamique des hélices mises en rotation.

Le fonctionnement du dispositif volant selon des modes de réalisation de l'invention est le suivant.

La phase stationnaire du dispositif volant est définie comme une phase où la vitesse de l'air sur le dispositif est faible (typiquement < 15 km/h), ce qui signifie que les ailes à effet Magnus ne produisent pas de portance significative. Symétriquement, les phases de plané sont définies comme les phases où la force de portance des ailes est exploitée, c'est-à-dire lorsqu'il y a une vitesse de vent apparent sur le dispositif qui est significative (typiquement > 15 km/h).

Les angles d'attitude du dispositif sont définis selon les angles d'Euler lorsque le dispositif est en phase stationnaire, c'est-à-dire le tangage autour de l'axe de rotation des ailes à effet Magnus, le lacet orthogonal à l'axe de tangage et sensiblement aligné avec l'axe de poussée des propulseurs et le roulis orthogonal à ces deux rotations.

Le pilotage du dispositif volant peut être réalisé de la manière suivante.

Les algorithmes de commande classique d'un dispositif volant tel qu'un drone multi-rotors consistent typiquement en un algorithme interne qui contrôle les variables roulis-tangage-lacet et un algorithme externe qui contrôle la position- vitesse du système. A ces algorithmes classiques, un modèle de portance des ailes à effet Magnus ainsi que des effets gyroscopiques et de contre-réactions liés à la rotation des cylindres Magnus est ajouté.

Dans le cas de la présence d'une gouverne, le couple généré par la gouverne de direction doit également prise en compte. Ces forces et couples sont pris en compte dans le calcul de la commande des actionneurs. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.