La présente invention concerne le domaine des dispositifs de lancement pour aéronef commandé à distance communément appelé drone. Plus précisemment, elle porte sur un dispositif pour la mise en vol de drones de petites dimensions généralement dédiés à des missions d'observations.

Les drones, aussi dénommés UAV pour l'acronyme anglo-saxon

Unmanned Aerial Vehicle, permettent d'emporter une charge utile destinée à des missions à vocation civile ou militaire, de surveillance, de renseignement, de combat ou de transport. Engins volant de taille réduite, moins chers et plus simples à mettre en œuvre qu'un aéronef embarquant un pilote, les drones connaissent un essor important. On peut catégoriser les drones par leur taille, leur altitude ou leur endurance, leur capacité d'emport, ou encore leur caractère furtif. On connaît en particulier les catégories des mini-drones et micro-drones destinés essentiellement à des missions d'observations de taille très réduite (typiquement d'envergure inférieure à 4 mètres) et de poids limité (typiquement inférieur à 25kg). Les plus légers de ces derniers peuvent être aisément transportés par un opérateur, et lancés par celui-ci en fonction des besoins de la mission. Plusieurs moyens de lancement sont envisagés. Dans une mise en œuvre simple, le lancer est directement réalisé à la main par l'opérateur. Dans d'autres mises en œuvre, l'impulsion nécessaire à la mise en vol est donnée par un dispositif catapulte à élastique du type fusil à harpon, par un dispositif à air comprimé, ou encore au moyen de substances pyrotechniques.

Ces diverses techniques connues de lancement de drone de petite à moyenne taille ne couvrent pourtant pas tous les besoins opérationnels. Il est désirable de disposer d'un lanceur adapté aux nombreuses exigences de son utilisation pratique. En effet, le lanceur doit d'une part délivrer une impulsion suffisamment élevée pour communiquer une vitesse adaptée à l'envol de l'appareil, mais également suffisamment limitée pour ne pas nuire au fonctionnement des systèmes embarqués (tels que systèmes de positionnement (GPS), centrale inertielle (IMU)). Le dispositif lanceur doit également présenter une compacité élevée et une masse limitée pour être facilement transporté par l'opérateur du drone. Son installation doit être rapide, il doit également permettre le lancement du drone selon une trajectoire précise et dans un espace restreint. L'idée générale de la présente invention repose sur la mise en œuvre d'un mécanisme à ressort présentant une force de rappel sensiblement constante sur une large portion de sa course d'élongation. Un tel mécanisme permet d'optimiser la vitesse communiquée au drone sur une rampe de lancement de longueur limitée, tout en s'assurant de respecter une accélération initiale compatible de la tenue mécanique du drone et de ses composants.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif destiné au lancement d'un drone, comprenant un rail s'étendant selon un axe longitudinal et un chariot, mobile sur le rail, pouvant supporter et lancer un drone par accélération du chariot entre une position de chargement et une position de fin de course. Le dispositif comprend en outre un mécanisme à ressort configuré pour exercer sur le chariot une force de rappel selon l'axe longitudinal sensiblement constante entre les deux positions.

Avantageusement, la force de rappel présente un écart maximal inférieur à 10% d'une valeur nominale, sur une course utilisée du mécanisme à ressort, au-delà d'une valeur d'élongation minimale représentant moins de 10% de la course utilisée.

Avantageusement, le mécanisme à ressort comprend au moins un ressort à enroulement autour d'un moyeu, une extrémité du ressort à enroulement étant reliée au chariot, la force de rappel exercée sur le chariot étant générée par enroulement du ressort autour du moyeu.

Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de déclenchement, aptes à maintenir le chariot dans la position de chargement en contrant la force de rappel due au moins à un ressort à enroulement, pour permettre de positionner un drone sur le chariot, et aptes à libérer le chariot pour le lancement du drone.

Avantageusement le dispositif comprend des moyens d'amortissement, le chariot en position de fin de course étant maintenu contre les moyens d'amortissement par la force de rappel exercée par le au moins un ressort, les moyens d'amortissement étant configurés pour décélérer le chariot à proximité de la position de fin de course. Avantageusement, les moyens d'amortissement comprennent un ensemble de ressorts rondelles, disposés contre un ensemble de butées; le chariot venant écraser l'ensemble de ressorts rondelles en fin de course.

Avantageusement, le moyeu est mobile en rotation par rapport au rail. Avantageusement, le chariot est mobile en translation sur le rail au moyen de paliers lisses. Les paliers et le rail seront avantageusement recouverts d'un revêtement en téflon.

Avantageusement, le mécanisme à ressort comprend deux ressorts à enroulement autour de deux moyeux, les deux ressorts à enroulement étant disposés dos-à-dos, les axes de rotation des moyeux de chacun des ressorts étant parallèles deux à deux et perpendiculaires avec l'axe longitudinal.

Avantageusement, le dispositif comprend un mécanisme d'armement manuel pour déplacer le chariot de sa position de fin de course à sa position de chargement.

Avantageusement, le dispositif comprend deux poignées permettant à un opérateur de tenir le dispositif et un drone déposé sur le chariot et procéder au lancement du drone.

L'invention porte également sur un système constitué du dispositif de lancement précédemment décrit, d'un drone et d'une station de contrôle, par exemple destiné à des missions d'observations.

L'invention porte enfin sur un procédé de lancement d'un drone par un opérateur au moyen d'un dispositif ayant les caractéristiques précédemment décrites, caractérisé en ce que l'opérateur maintient, au moment du lancement, le dispositif de manière transversale ; l'axe longitudinal du dispositif étant sensiblement parallèle aux deux épaules de l'opérateur.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnés à titre d'exemple sur les figures suivantes.

La figure 1 illustre une méthode de lancement manuel d'un drone selon l'état connu de la technique,

la figure 2 représente un exemple de drone pour lequel est destiné le dispositif de lancement selon la présente invention, les figures 3a et 3b illustrent l'intérêt d'un lanceur à accélération à constante,

les figures 4a et 4b illustrent le principe d'un ressort à enroulement, les figures 5a et 5b représentent un premier mode de réalisation d'un dispositif de lancement de drone selon l'invention,

les figures 6a, 6b et 6c représentent un second mode de réalisation d'un dispositif de lancement de drone selon l'invention.

Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

La figure 1 illustre une méthode de lancement manuel d'un drone. Dans cette méthode connue, un opérateur 1 procède manuellement au lancement d'un drone 2 en lui communiquant une vitesse la plus élevée possible. On comprend aisément les difficultés d'une telle approche. Un drone de très petite taille nécessite un geste précis délicat à réaliser de manière répétable. A l'inverse, dès lors que le drone à lancer présente une masse supérieure à quelques kilogrammes, il s'avère difficile de le lancer avec suffisamment de force. En condition de stress, ou encore lorsque l'environnement disponible pour le lancement par l'opérateur est restreint ou qu'une trajectoire de lancer précise est nécessaire, on constate un taux d'échec important de lancement. Le facteur humain est également une source de dispersion, tous les opérateurs n'ayant pas la même faculté à reproduire le geste de lancer.

La figure 2 représente un exemple de drone pour lequel est destiné le dispositif de lancement selon la présente invention. Le drone 2 représenté sur les figures 1 et 2 à titre d'exemple est un drone dédié à des missions d'observation. D'une manière connue, le drone 2 comporte un ensemble de gouvernes aérodynamiques 3 et des moyens de propulsion, ici une hélice 4. Le drone embarque un ensemble d'équipements parmi lesquels généralement un système de positionnement de type GPS, une centrale d'attitude, aussi connue par son acronyme anglo-saxon AHRS pour Attitude and Heading Référence System, permettant de déterminer l'attitude du drone, une unité de pilotage du drone, un dispositif caméra (infra-rouge et/ou visible), ou encore un système permettant l'échange de données avec un opérateur à distance (commande de vol, destination, échange de données numériques de type vidéo, etc .). Dans un fonctionnement connu, une fonction autopilot activée par l'opérateur avant le lancement commande l'allumage du moteur dès lors que le drone a acquis une vitesse prédéterminée. Si l'opérateur ne parvient pas à communiquer au drone une vitesse suffisante, le moteur n'est pas allumé et le lancement échoue. Notons également que certains équipements embarqués sont sensibles aux accélérations du drone, c'est notamment le cas de la centrale d'attitude qui ne peut garantir sa mesure dès lors que le drone subit une trop forte accélération. Si l'accélération au lancement est trop forte, la fonction autopilote ne peut corriger la trajectoire du drone au moment du lancement. Il convient donc d'une part de communiquer au drone une vitesse suffisamment élevée, et d'autre part de contenir l'accélération maximale, tout en minimisant autant que possible la longueur de la rampe de lancement.

Ce type de drone d'observation représenté en figure 2 est généralement de petite taille (typiquement une envergure inférieure à 1 m), et de masse limitée (typiquement inférieure à 2.5kg). On connaît aussi des drones beaucoup plus importants, par exemple les drones volant à haute altitude et de grande endurance, communément appelés par l'acronyme anglo-saxon HALE pour High Altitude Long Endurance, qui peuvent atteindre une masse de plusieurs centaines de kilogrammes pour une envergure de plusieurs mètres. L'invention s'intéresse en premier lieu au drone de petite taille transporté par l'opérateur sur les lieux de la mission. Cela ne saurait toutefois constituer une limitation à la présente invention, le dispositif de lancement selon l'invention pouvant être appliqué selon le même principe à tout type de drone.

Les figures 3a et 3b ont pour but d'illustrer l'intérêt d'un lanceur à accélération à constante. Sur les deux représentations graphiques 3a et 3b sont représentées les évolutions de la vitesse et de l'accélération au cours du temps, obtenues par calcul dans le cas d'un lanceur à élastique standard (figure 3a) et dans le cas d'un lanceur à accélération constante (figure 3b).

Dans les deux cas, on cherche à atteindre la vitesse de 10m/s en limitant l'accélération à une valeur proche de 10g. Dans le premier cas, le calcul dispose pour hypothèse d'une rampe de lancement de longueur égale à un mètre, et d'un élastique dont la raideur est définie pour rester inférieure à 10g sur une longueur de deux mètres (on imagine l'élastique replié sur lui- même sur la longueur de la rampe). Dans le second cas, le calcul dispose pour hypothèse d'une rampe de lancement de longueur égale à 50 cm, et d'une accélération supposée constante et proche de la valeur de 10g. Autrement dit, une vitesse cible de 10 m/s sous contrainte d'une accélération maximale proche de 10g, est atteinte sur une longueur de 50cm en supposant l'accélération constante, tandis qu'elle est atteinte sur une longueur proche de 1 mètre (longueur d'élongation élastique de 2 mètres) dans le cas d'un élastique de raideur standard. Ceci est d'autant plus vrai qu'il conviendra avec un élastique de considérer des marges d'erreur plus importantes liées à ses variations de caractéristiques.

Les figures 4a et 4b illustrent le principe d'un ressort à enroulement. La présente invention met en œuvre un ressort à enroulement 10 constitué d'une bande métallique 1 1 , par exemple en acier inoxydable, enroulée sur elle-même. Ce ressort fabriqué par l'enroulement de la bande métallique 1 1 sur une bobine exerce une force quasiment constante pour résister au déroulage. Comme représenté sur la figure 4b, l'avantage du ressort à enroulement en comparaison d'un ressort à fil traditionnel 12 réside dans le fait que l'exercice d'une force quasi constante durant toute l'extension, ou course 14, avec une élongation initiale 13 courte permet d'atteindre la charge souhaitée sur une courte extension mais avec une grande capacité d'extension.

Dans un mode de réalisation préféré est mis en œuvre un ressort à force constante dont la force de rappel présente un écart maximal inférieur à 10% de sa valeur nominale, sur une course utilisée 14 du mécanisme à ressort, au-delà d'une valeur d'élongation minimale 13 représentant moins de 10% de la course utilisée 14. Les figures 5a et 5b représentent un premier mode de réalisation d'un dispositif de lancement de drone selon l'invention. Le dispositif 20 comprend un rail 21 s'étendant selon un axe longitudinal 22 et un chariot 23 mobile sur le rail 21 . Le chariot 23 a pour but de recevoir le drone 2 à lancer, en le supportant essentiellement par gravité, et de le lancer par accélération du chariot 23 entre une position de chargement 24 et une position de fin de course 25. Les deux positions 24 et 25 sont représentées sur la figure 5a et représentent respectivement la position extrême droite du chariot sur le rail et la position extrême gauche du chariot sur le rail. Les figures 5a et 5b représentent le chariot 23 en position de fin de course 25.

Le dispositif 20 comprend en outre un mécanisme à ressort 26 configuré pour exercer sur le chariot 23 une force de rappel selon l'axe longitudinal 22 sensiblement constante entre les deux positions 24 et 25. Avantageusement, le mécanisme à ressort 25 comprend un moyeu 27 et un ressort à enroulement 28 relié d'une part au chariot 24, et d'autre part enroulé autour du moyeu 26, la force de rappel exercée sur le chariot 23 étant générée par enroulement du ressort 28 autour du moyeu 27, le ressort 28 disposant d'une course au moins égale à la course du chariot 24. Autrement dit, le mécanisme à ressort 26 comprend un ressort à enroulement 28 autour d'un moyeu 27, une extrémité du ressort à enroulement 28 étant reliée au chariot 23. Avantageusement, le moyeu 27 est mobile en rotation par rapport au rail 21 . Alternativement, le moyeu peut être fixe, même si la maîtrise des frottements est dans ce cas a priori plus délicate.

Dans ce mode de réalisation, le ressort 28 est constitué d'une bande métallique pouvant être étendue sous le rail et parallèlement à celui-ci. Logiquement, le moyeu et la portion de ressort 28 enroulée sur celui-ci, sont disposés à proximité de la position de fin de course du chariot. Avantageusement, le moyeu 26 est mobile en rotation par rapport au rail autour d'un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal 22. Le moyeu est par exemple relié à deux extensions latérales 29 et 30 du rail 21 au moyen d'une liaison de rotation, réalisée par exemple par des roulements mécaniques.

Les figures 6a et 6b représentent un second mode de réalisation d'un dispositif de lancement de drone selon l'invention. Ce dispositif 40 comprend un certain nombre de composants identiques au premier mode de réalisation. Pour ces composants, les mêmes repères correspondent aux mêmes composants décrits pour le premier mode de réalisation. Ainsi, ce second dispositif 40 comprend un rail 21 s'étendant selon un axe longitudinal 22 et un chariot 23 mobile sur le rail 21 , pouvant supporter et lancer un drone par accélération du chariot 23 entre la position de chargement 24 et la position de fin de course 25. La figure 6a représente le chariot 23 en position de chargement 24.

A la différence du premier mode de réalisation, le mécanisme à ressort comprend ici deux ressorts à enroulement 45 et 46 disposés autour de deux moyeux 43 et 44. Comme représenté sur la figure 6c en éclaté, les deux ressorts à enroulement 45 et 46 sont disposés dos-à-dos. Logiquement, les axes de rotation 51 et 52 des moyeux 43 et 44 sont parallèles deux à deux et perpendiculaires à l'axe longitudinal 22. Les bandes métalliques s'étendent hors de leurs moyeux respectifs de manière parallèle sous le rail. Dans une mise en œuvre possible de l'invention, les bandes métalliques des deux ressorts sont en contact sur une portion de leur longueur, et notamment par leur extrémité reliée au chariot. Les deux bandes métalliques en contact peuvent être reliées au chariot par cette portion au moyen d'une fixation commune. Cette configuration à deux mécanismes à ressort dos-à-dos est particulièrement avantageuse car elle permet de compenser les efforts et les couples parasites générés par les ressorts en dehors de l'axe longitudinal. Autrement dit, la force de rappel d'un ressort unique ne peut être parfaitement alignée sur l'axe longitudinal, il en résulte des efforts et/ou des couples non voulus en dehors de cet axe. Cette architecture permet, en disposant les ressorts dos-à-dos, de compenser ces efforts et couples non voulus qui sont une source de frottement, de moindre efficacité, et d'usure prématurée du dispositif. Dans les deux modes de réalisation représentés sur les figures 5a, 5b,

6a, 6b et 6c, le dispositif de lancement comprend des moyens de déclenchement 60, aptes à maintenir le chariot 23 dans la position de chargement 24 en contrant la force de rappel du ou des ressorts à enroulement, pour permettre de positionner un drone sur le chariot 23, et aptes à libérer le chariot pour le lancement du drone. On pense typiquement à un système de gâchette mécanique comme représenté sur les figures 5a, 6a et 6b. Tout autre dispositif de maintien et de déclenchement connus, mécanique ou non, étant également envisagé par l'invention.

Pour interrompre la course du chariot en fin de course, le dispositif de lancement comprend également des moyens d'amortissement 62 configurés pour décélérer le chariot 23 à proximité de la position de fin de course 25. Le chariot en position de fin de course étant maintenu contre ces moyens d'amortissement 62 par la force de rappel exercée par le ou les ressorts. Pour limiter la force de l'impact du chariot contre cet ensemble de butées, et éviter une usure prématurée du chariot ou des butées, les moyens d'amortissement 62 comprennent avantageusement un ensemble de ressorts rondelles, communément appelés ressorts Belleville, ou rondelles Belleville, disposés contre un ensemble de butées 61 . Il est envisagé de disposer plusieurs empilements de rondelles Belleville contre l'ensemble de butée 61 . Alternativement, des ressorts hélicoïdaux, disposés contre l'ensemble de butées 61 pourront également être mis en œuvre. Pour ces deux modes de réalisation, les moyens d'amortissement 62 sont solidaires du rail à proximité de la position de fin de course 25 du chariot 23. L'ensemble de ressorts est alors disposé contre l'ensemble de butées 61 des moyens d'amortissement. Dans une mise en œuvre alternative de l'invention, il est envisagé de disposer l'ensemble de ressorts sur le chariot 23, de manière à ce que les ressorts viennent s'écraser contre l'ensemble de butées lorsque le chariot est en position de fin de course. Autrement dit, dans cette mise en œuvre, les moyens d'amortissement comprennent un ensemble de butées fixé au rail à proximité de la position de fin de course, et un ensemble de ressorts disposé sur le chariot ; le chariot venant écraser l'ensemble de ressorts, de type rondelles Belleville ou ressorts hélicoïdaux, contre l'ensemble de butées.

Le chariot 23 en position de fin de course 25 vient écraser l'ensemble de ressorts hélicoïdaux. Ce mode de réalisation des moyens d'amortissement par ressorts hélicoïdaux n'est nullement limitatif de la présente invention et tout autre moyen d'amortissement est également envisagé par la présente invention. Il peut s'agir par exemple d'un amortisseur pneumatique ou hydraulique. Le dispositif d'amortissement peut également accueillir un marqueur d'usure ou un compteur d'utilisation.

Le dispositif comprend également un mécanisme d'armement pour déplacer le chariot de sa position de fin de course à sa position de chargement, et ainsi armer le dispositif de lancement. Un moyen mécanique (poignée) permettant la préhension du chariot et l'armement manuel est envisagé pour des réalisations de petite puissance. Pour des réalisations plus importantes, on envisage également un système mécanique avec ou sans démultiplication permettant de tracter le chariot en contrant la force de rappel du ressort.

Dans un mode de réalisation privilégié, le rail 21 est muni de paliers lisses, par exemple en Téflon permettant de limiter les frottements liés à la translation du chariot sur le rail, tout en représentant une masse limitée. Pour des réalisations de taille plus importante, des paliers utilisant d'autres technologies connues peuvent être choisis.

Comme nous l'avons précisé, le dispositif est destiné notamment au lancement de drone de petite taille. Pour ces drones d'envergure et de masse limitées, on envisage un dispositif de lancement portable par un opérateur. A cet effet, le dispositif comprend deux poignées 70 et 71 permettant à un opérateur de tenir le dispositif et un drone déposé sur le chariot et de procéder au lancement du drone.

L'invention porte également sur un système constitué d'un dispositif ayant les caractéristiques précédemment décrites, d'un drone et d'une station de contrôle.

Enfin, l'invention porte aussi sur un procédé de lancement d'un drone par un opérateur au moyen d'un dispositif ayant les caractéristiques précédemment décrites, caractérisé en ce que l'opérateur maintient, au moment du lancement, le dispositif de manière transversale. Dans cette posture, l'opérateur porte le dispositif par ses deux poignées, face à lui, et de manière à ce que l'axe longitudinal soit parallèle à un axe passant par les deux épaules de l'opérateur.