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FR3100531A1 - Station automatique d’avitaillement d’un véhicule autonome aérien - Google Patents

Station automatique d’avitaillement d’un véhicule autonome aérien Download PDF

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FR3100531A1
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Eric Todeschini
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Safran Electronics and Defense SAS
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Abstract

La présente invention concerne un système (1) de rechargement d’un véhicule autonome aérien comprenant :- une base (20),- une perche d’avitaillement (21) comprenant un embout (23) et des premiers moyens de rechargement (24),- un panier de réception (12) comprenant une paroi interne (13) délimitant une cavité (14) configurée pour recevoir l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21), ledit panier de réception (12) comprenant des deuxième moyens de rechargement complémentaires des premiers moyens de rechargement (24),l’un parmi la perche d’avitaillement (21) et le panier de réception (12) étant monté sur le véhicule autonome aérien tandis que l’autre parmi la perche et le panier est monté sur la base (20), et - des moyens de centrage (13, 23) de l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21) dans la cavité (14) du panier de réception (12). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Station automatique d’avitaillement d’un véhicule autonome aérien
La présente invention concerne le domaine des véhicules aériens autonomes, et plus particulièrement l’atterrissage et le rechargement automatique de tels véhicules.
Les véhicules autonomes aériens, tels que par exemple les Aéronefs à Décollage et Atterrissage Verticaux ADAV (connus sous l’acronyme anglais de VTOL pour Vertical Takeoff and Landing Aircraft), ont une autonomie limitée ne leur permettant pas de réaliser des missions de longue durée sans être rechargés régulièrement. La batterie de ces véhicules aériens doit donc être changée régulièrement ou, en variante, les véhicules doivent être raccordés au cours de la mission sur une ou plusieurs stations de rechargement.
Il a déjà été proposé une station de rechargement permettant de recharger un drone au cours d’une mission. Pour cela, le drone est guidé automatiquement vers la station de rechargement et y atterrir, puis est raccordé électriquement par un opérateur au sol par voie filaire ou non filaire à la station afin de recharger sa ou ses batteries. Le rechargement nécessite donc une intervention humaine afin de raccorder le véhicule autonome.
En parallèle, certains véhicules autonomes, en particulier les VTOL, sont configurés pour effectuer des missions en mode vol captif au-dessus de la station de rechargement. Pendant ces missions, le drone est en vol stationnaire au-dessus de la station afin de servir de point d’observation, de relai de communication, etc. Les stations de rechargement sont alors soit fixes par rapport au sol, soit mobiles et par exemple embarquées à bord d’un véhicule en stationnement ou en mouvement lent tel qu’un bateau. En mode vol captif, le VTOL évolue à une altitude de quelques dizaines de mètres tout en restant raccordé électriquement et mécaniquement à la station de rechargement par l’intermédiaire d’un câble, ce qui permet de faire voler le VTOL de manière continue 24h/24, 7 jours sur 7.
Toutefois, lorsque le VTOL doit effectuer un vol de reconnaissance, il est nécessaire de le déconnecter de la station de rechargement puis de le reconnecter manuellement lors de son retour sur la station en fin de mission.
Un but de l’invention est de proposer un système permettant de recharger automatiquement un véhicule autonome aérien qui ne requiert pas d’intervention manuelle d’un opérateur au sol et dont l’encombrement et la masse ne pénalisent pas le véhicule aérien.
Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, un système de rechargement d’un véhicule autonome aérien comprenant :
- une base,
- une perche d’avitaillement comprenant un embout et des premiers moyens de rechargement,
- un panier de réception comprenant une paroi interne délimitant une cavité configurée pour recevoir l’embout de la perche d’avitaillement, ledit panier de réception comprenant des deuxième moyens de rechargement complémentaires des premiers moyens de rechargement,
l’un parmi la perche d’avitaillement et le panier de réception étant monté sur le véhicule autonome aérien tandis que l’autre parmi la perche et le panier est monté sur la base, et
- des moyens de centrage de l’embout de la perche d’avitaillement dans la cavité du panier de réception.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du système selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- les moyens de centrage sont formés en tout ou partie par l’embout de la perche d’avitaillement et/ou la paroi interne du panier de réception.
- tout ou partie de l’embout de la perche d’avitaillement présente une forme sensiblement convergente et/ou tout ou partie de la paroi interne du panier de réception présente une forme sensiblement divergente, typiquement des formes coniques et/ou tronconiques.
- la perche d’avitaillement est montée sur la base ou sur le véhicule autonome aérien par l’intermédiaire d’au moins un élément souple, de préférence un ensemble de ressorts.
- le système comprend en outre un dispositif de verrouillage mécanique de la perche d’avitaillement dans le panier de réception, ledit dispositif de verrouillage étant commandé par un contrôleur.
- le dispositif de verrouillage mécanique comprend des mâchoires de serrage.
- les deuxièmes moyens de rechargement sont montés sur le dispositif de verrouillage mécanique et/ou sur la paroi interne du panier de réception.
- le système comprend en outre au moins un capteur de présence monté sur le véhicule autonome aérien et/ou sur la base et configuré pour générer un signal lorsque la perche d’avitaillement est logée dans le panier de réception, le contrôleur étant configuré pour verrouiller les moyens de verrouillage en fonction du signal généré par ledit capteur de présence.
- la perche d’avitaillement est montée sur la base par l’intermédiaire d’un câble, ladite base comprenant en outre un enrouleur configuré pour enrouler et de dérouler le câble automatiquement. Et/ou
- le système comprend en outre un dispositif de sécurité comprenant soit un capteur de tension configuré pour détecter une tension appliquée au câble soit un limiteur de pression monté sur le dispositif de verrouillage, le contrôleur étant configuré pour commander les moyens de verrouillage en fonction d’une valeur de la tension mesurée par le capteur de tension ou de la pression mesurée par le limiteur de pression.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose également un procédé de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien à l’aide d’un système de rechargement comme décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes :
S1 : guidage d’un véhicule autonome aérien jusqu’à la base
S2 : positionnement du véhicule autonome aérien verticalement au-dessus de la base, de sorte que la perche d’avitaillement se trouve sensiblement en face du panier de réception
S3 : centrage de l’embout de la perche d’avitaillement par rapport à la cavité du panier de réception et atterrissage du véhicule autonome sur la base, la perche d’avitaillement entrant progressivement dans le panier de réception et
S4 : raccordement électrique du véhicule autonome aérien sur la base par connexion des premiers moyens de rechargement avec les deuxièmes moyens de rechargement.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé selon le deuxième aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- la perche d’avitaillement est montée sur la base par l’intermédiaire d’un câble, ladite base comprenant en outre un enrouleur configuré pour enrouler et de dérouler le câble automatiquement, le procédé comprenant en outre les étapes suivantes, préalablement à l’étape S1 :
S10 : verrouillage de la perche d’avitaillement dans le panier de réception
S11 : déroulement du câble pour permettre au véhicule autonome aérien de survoler la base en mode vol captif
S13 : libération de la perche d’avitaillement du panier de réception
S14 : enroulement du câble pour ramener la perche d’avitaillement sur la base.
- l’étape S13 est initiée lorsqu’une tension du câble et/ou lorsqu’une pression de verrouillage sont supérieures à un seuil prédéterminé est détectée.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre de façon schématique un système de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule autonome aérien étant en mode vol captif.
La figure 2 illustre de façon schématique le système de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien de la figure 1, le véhicule autonome aérien étant sur le point de se raccorder électriquement à la base.
La figure 3 est un organigramme d’étapes d’un procédé de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien en mode rechargement selon une forme de réalisation de l’invention.
La figure 4 est un organigramme d’étapes d’un procédé de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien en mode vol captif selon une forme de réalisation de l’invention.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
De manière connue en soi, un véhicule autonome aérien 2 comprend :
- un châssis 3 portant une ou plusieurs hélices actionnées par un ou des moteurs respectifs,
- des moyens de guidage 4 type GPS (acronyme anglais de Global Positioning System, pour système 1 de positionnement mondial par satellite),
- un calculateur 5,
- une ou plusieurs batteries 6 connectées à un système d’alimentation 7 du véhicule aérien 2,
- des moyens de communication 8 avec une station au sol, typiquement une interface radiofréquence,
- un système de navigation inertielle 9 du type centrale inertielle et baromètre,
- optionnellement, une ou plusieurs caméras vidéo 10, montées sur le châssis 3 de sorte à pointer vers le sol lorsque le véhicule autonome aérien 2 est en fonctionnement, typiquement en vol,
- optionnellement, un télémètre 11, typiquement à ultrason, monté sur le châssis 3 de sorte à pointer vers le sol lorsque le véhicule autonome aérien 2 est en fonctionnement.
Système 1 de rechargement automatique d’un drone 2 à l’aide du système 1 de rechargement
Dans ce qui suit, l’invention sera décrite plus particulièrement dans le cas d’un véhicule autonome aérien 2 du type drone, typiquement un VTOL. Ceci n’est cependant pas limitatif, l’invention s’appliquant mutatis mutandis à tout véhicule autonome aérien tels que, de manière non exhaustive, un drone équipier, un drone taxi ou encore un drone de colisage (dépôt et livraison de paquet).
Afin de permettre le rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien 2, par exemple d’un drone 2, ne nécessitant pas l’intervention d’un opérateur au sol, l’invention propose un système 1 de rechargement comprenant :
- une base 20 de rechargement,
- une perche d’avitaillement 21 comprenant un corps 22 et un embout 23 et des premiers moyens de rechargement 24,
- un panier de réception 12 comprenant une paroi interne 13 délimitant une cavité 14 configurée pour recevoir l’embout 23 de la perche d’avitaillement 21 et des deuxièmes moyens de rechargement 15 et
- des moyens de centrage 23, 13 de la perche d’avitaillement 21 dans la cavité 14 du panier de réception 12.
L’un parmi la perche d’avitaillement 21 et le panier de réception 12 est monté sur la base 20 tandis que l’autre est monté sur le drone 2. Dans une forme de réalisation, la perche d’avitaillement 21 est montée sur la base 20 afin de réduire l’encombrement du système 1 au sein du drone 2. Dans cette forme de réalisation, le panier de réception 12 est alors monté sur le drone 2. En variante, la perche d’avitaillement 21 peut toutefois être montée sur le drone 2, auquel cas le panier d’avitaillement est monté sur la base 20.
Dans ce qui suit, et par souci de simplification de la description, l’invention sera décrite dans le cas où la perche d’avitaillement 21 est montée sur la base 20 tandis que le panier de réception 12 est monté sur le drone 2, sans que cela ne soit aucunement limitatif.
Dans une forme de réalisation, les moyens de centrage 23, 13 sont formés en tout ou partie par l’embout 23 de la perche d’avitaillement 21 et/ou par la paroi interne 13 du panier de réception 12. Plus précisément, tout ou partie de l’embout 23 présente une forme sensiblement convergente et/ou tout ou partie de la paroi interne 13 présente une forme sensiblement divergente qui peut être complémentaire de celle de l’embout 23, afin de permettre le guidage progressif de l’embout 23 dans la cavité 14 lors de leur accouplement. Par exemple, l’embout 23 et la paroi interne 13 peuvent présenter une forme sensiblement conique ou tronconique. On notera que, dans une variante de réalisation, seul l’embout 23 ou la paroi peut présenter une telle forme conique ou tronconique, respectivement, afin de former les moyens de centrage 23, 13, l’autre pouvant être de forme quelconque, par exemple cylindrique ou cylindrique de révolution.
Dans l’exemple illustré sur les figures, toute la paroi interne 13 délimitant la cavité 14 de l’embout 23 présente une forme conique tandis que l’embout 23 présente une forme tronconique. En variante, la paroi interne 13 pourrait présenter un fond de forme conique ou tronconique et une embouchure de forme quelconque, tandis que l’embout 23 est de forme tronconique ou conique et configurée pour pénétrer dans la cavité 14 et que le corps 22 est de forme quelconque ou complémentaire de celle de l’embouchure.
Afin de faciliter encore le centrage de l’embout 23 dans la cavité 14, la perche d’avitaillement 21 est montée sur la base 20 par l’intermédiaire d’au moins un élément souple 25, 26 tel qu’un ou plusieurs ressorts. Le maintien de l’embout 23 sur la base 20 est donc souple, ce qui facilite son insertion dans la cavité 14 lors de l’accouplement de la base 20 avec le drone 2 en augmentant la tolérance sur le centrage de l’embout 23 dans la cavité 14.
Par exemple, la base 20 peut comprendre un fourreau configuré pour recevoir tout ou partie du corps 22 de la perche d’avitaillement 21 de sorte que l’embout 23 de la perche d’avitaillement 21 fasse saillie de du fourreau et, plus généralement, de la base 20. Le fourreau est alors lui-même placé dans une chambre formée dans la base 20 et maintenu en position dans cette chambre par l’intermédiaire du ou des ressorts 25. Typiquement, le fourreau peut être maintenu en suspension par une ou plusieurs paires de ressorts 25 placés deux à deux de part et d’autre du fourreau. Le choix de la raideur de chaque ressort 25, leur nombre et leur positionnement par rapport au fourreau permet d’ajuster la souplesse de la liaison entre le fourreau (et donc la perche d’avitaillement 21) et la base 20.
Optionnellement, le fourreau comprend ou entre un élément compressible 26 (ressort en compression, mousse, etc.) logé au fond du fourreau et configuré pour venir en contact avec le corps 22 de la perche d’avitaillement 21 lorsqu’elle est placée dans le fourreau. Lors de l’accouplement de la perche d’avitaillement 21 avec le panier de réception 12, l’élément compressible 26 permet ainsi d’augmenter la tolérance de positionnement du drone 2 par rapport à la base 20 en permettant un débattement vertical (axe Z) de la perche d’avitaillement 21. Ainsi, l’ensemble de ressorts 25 augmente la tolérance de positionnement dans le plan horizontal (X, Y) (globalement parallèle au sol) tandis que l’élément compressible 26 augmente la tolérance de positionnement suivant l’axe vertical.
L’extrémité du corps 22 de la perche d’avitaillement 21 qui est opposée à l’embout 23 (et, le cas échéant, vient en contact avec l’élément compressible 26) peut présenter une section réduite afin de faciliter l’introduction de la perche d’avitaillement 21 dans le fourreau. Par exemple, cette extrémité peut être sensiblement tronconique ou hémisphérique.
Optionnellement, le système 1 de rechargement comprend en outre un dispositif de verrouillage 27 de la perche d’avitaillement 21 dans le panier de réception 12 afin d’assurer la connexion électrique entre les premiers et deuxièmes moyens de rechargement 15. Ce dispositif de verrouillage 27 est commandé par un contrôleur 18, qui peut être placé au niveau de la base 20, monté sur le drone 2 ou placé à distance de la base 20 et du drone 2, par exemple au niveau d’une station au sol distincte de la base 20. Par exemple, le contrôleur 18 peut être intégré au calculateur 5 du drone 2.
Dans une forme de réalisation, le dispositif de verrouillage 27 comprend des mâchoires 28 de serrage configurées pour venir en prise avec un ou plusieurs supports 29 complémentaires pour bloquer la perche d’avitaillement 21 en position dans la cavité 14. Les mâchoires 28 de serrage peuvent notamment être actionnées par des moteurs respectifs. Le cas échéant, chaque mâchoire 28 est montée sur l’arbre de sortie d’un moteur correspondant, typiquement d’un servomoteur linéaire et des électroaimants, par l’intermédiaire d’un ressort 25, 26 en compression configuré pour appliquer ladite mâchoire 28 contre le support 29 en regard et assouplir ainsi la liaison entre l’embout 23 et le panier de réception 12.
Les mâchoires 28 de serrage peuvent être montées sur la perche d’avitaillement 21 ou dans la cavité 14 du panier de réception 12, les supports 29 complémentaires étant montés sur la partie complémentaire. De préférence, les mâchoires 28 sont montées sur la paroi interne 13, dans la cavité 14 du panier de réception 12, et les supports 29 complémentaires sont montés sur le corps 22 de l’embout 23.
Dans une variante de réalisation non illustrée sur les figures, le dispositif de verrouillage 27 est placé au niveau des pieds 17 du drone 2 et/ou sur la base 20, dans une zone située en regard des pieds 16 lorsque l’embout 23 est positionné dans la cavité 14 du panier de réception 12. De la sorte, lorsque le drone 2 est posé sur la base 20, le dispositif de verrouillage 27 bloque les pieds 16 du drone 2 et le maintient ainsi en position par rapport à la base 20.
Les premiers et les deuxièmes moyens de rechargement 15, 24 peuvent notamment comprendre des contacts électriques, des prises électriques, des bobinages de rechargement par induction, ou tout autre moyen de connexion électrique adapté.
Les premiers moyens de rechargement 24 peuvent par exemple être placés sur les portions de l’embout 23 qui entrent en contact avec la paroi interne 13 de la cavité 14 et/ou, le cas échéant, sur les supports 29 qui entrent en contact avec les mâchoires 28 de serrage, tandis que les deuxièmes moyens de rechargement 15 sont placés dans les zones en regard du panier de réception 12, typiquement au niveau de la partie conique (ou tronconique) de la paroi interne 13 et/ou, le cas échéant, des mâchoires 28 de serrage. Par exemple, dans le cas de moyens de rechargement 15, 24 comprenant des contacts électriques, les contacts électriques correspondant à la masse peuvent être placés sur les surfaces coniques (ou tronconiques) de l’embout 23 et de la paroi interne 13 de la cavité 14 tandis que les contacts électriques correspondant à l’alimentation 7 sont placés sur les supports 29 et dans les mâchoires 28 de serrage.
Dans une variante de réalisation non illustrée sur les figures, les moyens de rechargement 15, 24 sont placés d’une part au niveau des pieds 16 du drone 2 et d’autre part à la surface de la base 20, dans une zone située en regard des pieds 16 lorsque l’embout 23 est positionné dans la cavité 14 du panier de réception 12. Le cas échéant, les moyens de rechargement peuvent être localisés au niveau du dispositif de verrouillage 27 si celui-ci est au niveau des pieds 16 du drone 2 et/ou de la base 20.
La commande du dispositif de verrouillage 27 par le contrôleur 18 peut être déclenchée automatiquement ou manuellement.
Pour cela, dans une première forme de réalisation, le système 1 de rechargement comprend un capteur de présence 17 monté sur le drone 2 et/ou sur la base 20. Par exemple, le capteur de présence 17 peut être placé à proximité de la perche d’avitaillement 21 et/ou du panier de réception 12 et être configuré pour générer un signal lorsque la perche d’avitaillement 21 est détectée dans le panier de réception 12. Le capteur de présence 17 peut notamment comprendre une fourche optique configurée pour générer un signal (tension) lors de la détection de la perche d’avitaillement 21 dans la cavité 14, ou inversement. Le capteur de présence 17 peut en particulier être réglé pour qu’un tel signal soit généré lorsque l’embout 23 est centré et en position de verrouillage dans la cavité 14 du panier de réception 12. Le contrôleur 18 est alors configuré pour verrouiller les moyens de verrouillage à réception de ce signal de présence. Cette forme de réalisation permet ainsi de verrouiller automatiquement la perche d’avitaillement 21 dans le panier de réception 12, lorsque l’embout 23 est en position dans la cavité 14.
Dans une deuxième forme de réalisation, le contrôleur 18 peut être commandé à distance depuis une station au sol, par exemple par un opérateur. En particulier, lorsque le drone 2 est en position sur la base 20 et que la perche d’avitaillement 21 est placée dans la cavité 14 du panier de réception 12, l’opérateur peut commander le contrôleur 18 afin qu’il actionne les moyens de verrouillage.
Un véhicule autonome aérien 2, et en particulier un drone 2 du type VTOL, peut présenter notamment trois modes de fonctionnement : le mode rechargement sur la base 20, le mode vol captif, et le mode autonome.
En mode vol captif, le drone 2 est en vol stationnaire au-dessus de la base 20. Afin de permettre au drone 2 de rester dans ce mode pendant une durée supérieure à son autonomie sans nécessiter d’atterrir sur la base 20 pour le recharger, la perche d’avitaillement 21 est raccordée à la base 20 par l’intermédiaire d’un câble 19 qui peut être déroulé et enroulé automatiquement afin d’ajuster la longueur du câble 19 à l’altitude nécessaire pour la mission. Pour cela, le câble 19 est monté sur un enrouleur 30 logé dans la base 20 qui est actionné, pour l’enroulement et le déroulement du câble 19, par un moteur dédié 31.
Le cas échéant, le câble 19 peut en outre être utilisé afin de permettre une communication CPL entre le drone 2 et la base 20, sans passer par l’interface de communication. Les échanges de données sont donc plus discrets.
Lorsque le drone 2 doit passer en mode autonome afin d’effectuer une mission à distance de la base 20, le contrôleur 18 peut automatiquement libérer la perche d’avitaillement 21 en commandant le déverrouillage du dispositif de verrouillage 27. La perche d’avitaillement 21 tombe alors au sol ou sur la base 20, ce qui permet au drone 2 de s’écarter de la base 20 et d’effectuer sa mission de manière autonome. L’enrouleur 30 peut ensuite enrouler automatiquement le câble 19 pour ramener la perche dans son fourreau, en vue d’un prochain raccordement électrique du drone 2. Optionnellement, la base 20 comprend en outre un détecteur positionné au niveau du fourreau ou dans ledit fourreau et configuré pour détecter que la perche d’avitaillement 21 est correctement introduite dans le fourreau afin de permettre l’arrêt automatique de l’enrouleur 30.
Une fois la mission effectuée, le drone 2 vient se placer au-dessus de la base 20 de sorte à aligner sensiblement la perche d’avitaillement 21 avec le panier de réception 12, puis atterrit sur celle-ci, ce qui a pour effet de mettre en contact les premiers et deuxièmes moyens de rechargement 15. Le cas échéant, le contrôleur 18 peut verrouiller le dispositif de verrouillage 27. La procédure d’accouplement du drone 2 avec la base 20 sera détaillée davantage dans ce qui suit.
De manière optionnelle, la base 20 comprend en outre un dispositif de sécurité 31 configuré pour déverrouiller le système 1 de sécurité et libérer le drone 2 lorsqu’il est en mode vol captif, pour éviter qu’il ne reste accroché à la base 20 et risque d’être endommagé en conditions hostiles, par exemple en cas de rafales de vent importantes.
Le dispositif de sécurité 32 peut notamment comprendre un capteur de tension 32 (comme illustré Figures 1 et 2) du câble 19 (comme illustré Figures 1 et 2) configuré pour déterminer une tension appliquée au câble 19 ou, en variante, un limiteur de pression placé au niveau des moyens de verrouillage, typiquement au niveau des mâchoires 28 de serrage. Le dispositif de sécurité 32 est connecté au contrôleur 18 de sorte que, lorsque la tension du câble 19 ou la pression appliquée aux mâchoires 28 dépasse un seuil prédéterminé, le contrôleur 18 commande le dispositif de verrouillage 27 afin de le déverrouiller pour libérer le drone 2. La perche d’avitaillement 21 retombe alors au sol ou sur la base 20, ce qui permet au drone 2 de s’écarter de la base 20. L’enrouleur 30 peut ensuite enrouler automatiquement le câble 19 pour ramener la perche dans son fourreau, en vue d’un prochain raccordement électrique du drone 2.
Bien entendu, dans le cas où la perche d’avitaillement 21 est montée sur le drone 2, le panier de réception 12 étant monté sur la base 20, l’enrouleur 30, son moteur 31 et le dispositif de sécurité 32 sont montés dans le drone 2.
Procédé de rechargement automatique S d’un drone 2 à l’aide du système 1 de rechargement
Le rechargement automatique d’un drone 2 d’un système 1 de rechargement automatique conforme à l’invention peut être effectué conformément aux étapes suivantes.
Au préalable, on notera que la perche d’avitaillement 21 est en position escamotée, c’est-à-dire logée dans le fourreau de la base 20, le câble 19 étant enroulé sur l’enrouleur 30. Son embout 23 fait cependant saille du fourreau afin de permettre son accouplement avec le panier de réception 12 du drone 2.
Au cours d’une étape S1, le drone 2 est guidé jusqu’à la base 20, par exemple à l’aide de ses moyens de guidage 4 (type GPS) et/ou de son système 1 de navigation inertielle 9, 10.
Au cours d’une étape S2 (Figure 2), le drone 2 est positionné verticalement au-dessus de la base 20 de sorte que la perche d’avitaillement 21 se trouve sensiblement en face du panier de réception 12.
La précision du guidage par les moyens de guidage 4 et/ou le système de navigation inertielle 9 actuels étant généralement comprise entre un mètre et une dizaine de mètres, ce seul guidage n’est actuellement pas suffisant pour poser le drone 2 sur la base 20. De manière conventionnelle, suite à l’étape S1 de guidage, un système 1 d’alignement peut donc être utilisé pour aligner le drone 2 et la base 20 en vue de faire atterrir le drone 2 automatiquement sur la base 20 la perche d’avitaillement 21 avec le panier de réception 12. Dans une forme de réalisation, le système 1 d’alignement est un système 1 optique comprenant la ou des caméras vidéo 10, le télémètre 11 et le système de navigation inertielle 9. La base 20 comprend par ailleurs un ou plusieurs motifs géométriques connus fixés sur sa surface. La caméra vidéo 10 du drone 2 capture alors des images comprenant ces motifs et les envoie au calculateur 5 qui, par corrélation avec des images enregistrés dans sa mémoire, en déduit la position du drone 2 par rapport à la base 20 et le guide jusqu’à ce que le drone 2 soit sensiblement aligné avec la base 20 et que la perche d’avitaillement 21 se trouve sensiblement à la verticale du panier de réception 12 (suivant l’axe Z).
Cette étape S2 d’alignement étant conventionnelle elle ne sera pas davantage détaillée ici.
La précision d’alignement à l’aide d’un système 1 d’alignement optique entre la base 20 et le drone 2, et plus précisément entre la perche d’avitaillement 21 et le panier de réception 12, est de l’ordre de deux centimètres.
Au cours d’une étape S3, l’embout 23 de la perche d’avitaillement 21 est centré par rapport à la cavité 14 du panier de réception 12 et le drone 2 atterrit sur la base 20 de sorte que la perche d’avitaillement 21 entre progressivement dans le panier de réception 12.
Lorsque la fonction des moyens de centrage 23, 13 est réalisée par la forme (conique ou tronconique, par exemple) de l’embout 23 et/ou de la paroi interne 13, l’étape S3 est réalisée mécaniquement lors de l’atterrissage du drone 2 sur la base 20. En effet, on rappelle que le drone 2 est globalement positionné de sorte que la perche d’avitaillement 21 se trouve sensiblement à la verticale du panier de réception 12. Lors de l’atterrissage du drone 2, la perche d’avitaillement 21, pénètre donc progressivement dans la cavité 14 du panier de réception 12 lors de l’approche finale du drone 2 grâce au guidage des parties coniques/tronconiques de l’embout 23 et/ou de la paroi interne 13 du panier de réception 12. Cette pénétration peut le cas échéant être facilitée par la liaison souple entre le fourreau et la base 20 (élément compressible 26 et/ou ensemble de ressorts), qui augmente la tolérance d’alignement entre la perche d’avitaillement 21 et le panier de réception 12 d’environ un à trois centimètres.
Optionnellement, au cours d’une étape S10, le drone 2 peut être verrouillé sur la base 20, de manière automatique ou manuelle.
Pour cela, lorsque le système 1 de rechargement comprend un dispositif de verrouillage 27, typiquement des mâchoires 28 de serrage, le contrôleur 18 commande la mise en prise des mâchoires 28 du panier de réception 12 contre les supports 29 de la perche d’avitaillement 21 suite à l’étape S3. La détection de la perche d’avitaillement 21 dans le panier de réception 12 peut être effectuée soit par le capteur de présence 17, auquel cas le verrouillage du drone 2 sur la base 20 peut être automatique, soit par un opérateur.
Au cours d’une étape S4 (Figure 1), le drone 2 est raccordé électriquement à la base 20 par connexion des premiers moyens de rechargement 24 avec les deuxièmes moyens de rechargement 15.
Dans le cas où les moyens de rechargement sont placés au niveau des pieds 16 du drone 2 (respectivement, à la surface de la base 20) ou sur la paroi interne 13 (respectivement, sur la perche d’avitaillement 21), le raccordement électrique est effectué au moment de l’atterrissage du drone 2 et de l’accouplement mécanique de la perche d’avitaillement 21 avec le panier de réception 12.
Le cas échéant, lorsque au moins une partie des moyens de rechargement sont portés par le dispositif de verrouillage 27, le raccordement électrique est également réalisé lors du verrouillage du dispositif de verrouillage 27.
Le drone 2 est alors en mode rechargement, c’est-à-dire posé sur la base 20 et raccordé électriquement à celle-ci afin de recharger sa ou ses batteries 6.
Lorsque le drone 2 doit passer en mode vol captif, au cours d’une étape S11, le câble 19 est déroulé progressivement afin de permettre au drone 2 de survoler la base 20.
Le déroulement du câble 19 peut être effectué par le drone 2 lui-même en appliquant sur le câble 19 une tension supérieure à une tension de résistance de l’enrouleur 30 et inférieure au seuil prédéterminé de sécurité de l’enrouleur 30, ou en variante par l’enrouleur 30 lui-même sur instructions du calculateur 5 du drone 2 ou de la station au sol.
La longueur déroulée du câble 19 correspond sensiblement à l’altitude du drone 2 lors de la mission en mode vol captif.
Le cas échéant, en cas de rafales de vent ou tout autre évènement ayant pour effet de déplacer de manière incontrôlée le drone 2 par rapport à la base 20, au cours d’une étape S13, le dispositif de sécurité 32 envoie un signal au contrôleur 18 afin qu’il déverrouille le dispositif de verrouillage 27. La perche d’avitaillement 21 tombe alors au sol ou sur la base 20, ce qui libère le drone 2 et lui permet de s’écarter de la base 20.
Au cours d’une étape S14, l’enrouleur 30 enroule le câble 19 pour ramener la perche d’avitaillement 21 dans son fourreau. L’introduction de la perche d’avitaillement 21 dans le fourreau peut notamment être facilitée par la section réduite de l’extrémité du corps 22 de la perche.
L’étape S14 peut être déclenchée automatiquement ou manuellement.
Par exemple, lorsque le dispositif de sécurité 32 comprend un capteur de tension 32 du câble 19 ou un limiteur de pression, ledit dispositif peut également être configuré pour détecter le défaut d’accouplement entre la perche d’avitaillement 21 et le panier de réception 12. Le signal de défaut d’accouplement peut alors être communiqué par exemple à un contrôleur 18 dédié qui commande l’enroulement du câble 19. Optionnellement, le contrôleur 18 arrête l’enroulement du câble 19 lorsque le détecteur dédié détecte que la perche d’avitaillement 21 est dans le fourreau.
En variante, l’enroulement du câble 19 peut être commandé à distance par un opérateur.

Claims (13)

  1. Système (1) de rechargement d’un véhicule autonome aérien comprenant :
    - une base (20),
    - une perche d’avitaillement (21) comprenant un embout (23) et des premiers moyens de rechargement (24),
    - un panier de réception (12) comprenant une paroi interne (13) délimitant une cavité (14) configurée pour recevoir l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21), ledit panier de réception (12) comprenant des deuxième moyens de rechargement complémentaires des premiers moyens de rechargement (24),
    l’un parmi la perche d’avitaillement (21) et le panier de réception (12) étant monté sur le véhicule autonome aérien tandis que l’autre parmi la perche et le panier est monté sur la base (20), et
    - des moyens de centrage (13, 23) de l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21) dans la cavité (14) du panier de réception (12).
  2. Système (1) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de centrage (13, 23) sont formés en tout ou partie par l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21) et/ou la paroi interne (13) du panier de réception (12).
  3. Système (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel tout ou partie de l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21) présente une forme sensiblement convergente et/ou tout ou partie de la paroi interne (13) du panier de réception (12) présente une forme sensiblement divergente, typiquement des formes coniques et/ou tronconiques.
  4. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la perche d’avitaillement (21) est montée sur la base (20) ou sur le véhicule autonome aérien par l’intermédiaire d’au moins un élément souple (25, 26), de préférence un ensemble de ressorts (25, 26).
  5. Système (1) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre un dispositif de verrouillage (27) mécanique de la perche d’avitaillement (21) dans le panier de réception (12), ledit dispositif de verrouillage (27) étant commandé par un contrôleur (18).
  6. Système (1) selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de verrouillage (27) mécanique comprend des mâchoires (28) de serrage.
  7. Système (1) selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel les deuxièmes moyens de rechargement (15) sont montés sur le dispositif de verrouillage (27) mécanique et/ou sur la paroi interne (13) du panier de réception (12).
  8. Système (1) selon l’une des revendications 5 à 7, comprenant en outre au moins un capteur de présence (17) monté sur le véhicule autonome aérien et/ou sur la base (20) et configuré pour générer un signal lorsque la perche d’avitaillement (21) est logée dans le panier de réception (12), le contrôleur (18) étant configuré pour verrouiller les moyens de verrouillage en fonction du signal généré par ledit capteur de présence (17).
  9. Système (1) selon l’une des revendications 5 à 8, dans lequel la perche d’avitaillement (21) est montée sur la base (20) par l’intermédiaire d’un câble (19), ladite base (20) comprenant en outre un enrouleur (30) configuré pour enrouler et de dérouler le câble (19) automatiquement.
  10. Système (1) selon l’une des revendications 5 à 9, comprenant en outre un dispositif de sécurité (32) comprenant soit un capteur de tension configuré pour détecter une tension appliquée au câble (19) soit un limiteur de pression monté sur le dispositif de verrouillage (27), le contrôleur (18) étant configuré pour commander les moyens de verrouillage en fonction d’une valeur de la tension mesurée par le capteur de tension ou de la pression mesurée par le limiteur de pression.
  11. Procédé (S) de rechargement automatique d’un véhicule autonome aérien à l’aide d’un système (1) de rechargement selon l’une des revendications 1 à 10, le procédé (S) comprenant les étapes suivantes :
    S1 : guidage d’un véhicule autonome aérien jusqu’à la base (20)
    S2 : positionnement du véhicule autonome aérien verticalement au-dessus de la base (20), de sorte que la perche d’avitaillement (21) se trouve sensiblement en face du panier de réception (12)
    S3 : centrage de l’embout (23) de la perche d’avitaillement (21) par rapport à la cavité (14) du panier de réception (12) et atterrissage du véhicule autonome sur la base (20), la perche d’avitaillement (21) entrant progressivement dans le panier de réception (12) et
    S4 : raccordement électrique du véhicule autonome aérien sur la base (20) par connexion des premiers moyens de rechargement (24) avec les deuxièmes moyens de rechargement (15).
  12. Procédé (S) selon la revendication 11, dans lequel la perche d’avitaillement (21) est montée sur la base (20) par l’intermédiaire d’un câble (19), ladite base (20) comprenant en outre un enrouleur (30) configuré pour enrouler et de dérouler le câble (19) automatiquement,
    le procédé (S) comprenant en outre les étapes suivantes, préalablement à l’étape S1 :
    S10 : verrouillage de la perche d’avitaillement (21) dans le panier de réception (12)
    S11 : déroulement du câble (19) pour permettre au véhicule autonome aérien de survoler la base (20) en mode vol captif
    S13 : libération de la perche d’avitaillement (21) du panier de réception (12)
    S14 : enroulement du câble (19) pour ramener la perche d’avitaillement (21) sur la base (20).
  13. Procédé (S) selon la revendication 12, dans lequel l’étape S13 est initiée lorsqu’une tension du câble (19) et/ou lorsqu’une pression de verrouillage sont supérieures à un seuil prédéterminé est détectée.
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