Brevet FR2004574A1 — publié le 19691128

L'Invention est relative aux moyens de contrôle de l'écoulement d'une couche limite sur une surface de sustentation aérodynamique. Il est connu d'employer des barrières constituées par 5 des déflecteurs solides sur les ailes d'avion ou analogues, de manière à limiter le mouvement de la couche limite dans des directions indésirables. La présente invention consiste à remplacer les susdits déflecteurs solides par une émission de nappes ou lames de gaz j 10 une application de l'invention aux hélices ou aux rotors d'hélicoptère permet d'empêcher, ou de réduire, 1'écoulement radial le long des pales, entre des régions de pressions différentes. Un phénomène connu est celui de la formation de tourbillons de bout ou d'extrémités dus aux différences de pression 15 existant autour d'un profil de pale. Au cours des dernières années, diverses recherches ont été effectuées sur des pales comportant une ou plusieurs ouvertures s'étendant longitudinalement par rapport aux pales, ouvertures à partir desquelles un fluide peut être délivré en minces 20 filets tangentiellement à la surface des pales, de manière à modifier la circulation normale autour des pales pour augmenter le coefficient de portance j dans le cas de pales présentant une section transversale sensiblement circulaire, une portance peut être induite sur une section qui, autrement, serait non portante. 25 On a trouvé que des pointes importantes d'aspiration tendent à se développer près des bouts ou des extrémités d'une telle pale, provoquant une vive augmentation dans le coefficient moyen de traînée du profil. La raison semble résider dans des interactions défavorables entre les tourbillons répartis aux extrémi-30 tés de la pale et l'écoulement local autour des pales dans cette région. En particulier, une région de très basse pression peut être créée sur le bord supérieur d'une pale, près de l'extrémité, provoquant une augmentation importante de la traînée. Conformément à l'invention, les moyens de contrôle de 35 l'écoulement d'une couche limite sur une surface de sustentation aérodynamique sont caractérisés par le fait qu'ils comprennent au moins une fente s'étendant autour de la périphérie de la surface et reliée de manière à délivrer une nappe, ou lame, d'un gaz sous pression, à l'extérieur de la surface. 40 Les fentes peuvent être agencées pour délivrer des 69 08497 2 2004574 nappes de fluide dans une.direction sensiblement radiale par rapport à l'axe longitudinal de la.surface ou dans une direction sensiblement longitudinale.-. Des modes dè-réalisation préférés de l'invention vont 5 maintenant être décrits avec référence aux dessins schématiques ci-annexés. . La fig. 1, de ces dessins, est une vue en perspective de l'extrémité d'une pale de section circulaire*.établie conformément à l'invention. , 10 La fig. 2 est une coupe axiale, longitudinale, de l'extrémité de pale de la fig. 1. -, La fig. 3 est une coupe transversale suivant_III-III, fig. 2® - La fig. 4 montre, semblablement à la fig. 2, une autre 15 extrémité de pale conforme à l'invention. La fig. 5, enfin, est une demi-coupe transversale suivant V-V, fig. 4. La fig. 1 montre la partie extrême d'une pale de rotor 1 de section transversale circulaire, montée de manière à tourner 20 autour d'un axe vertical (non représenté), le sens de l'écoulement d'air normal incident étant indiqué par la flèche A. Une fente 2 adjacente à l'extrémité de la pale s'étend vers l'avant sur la périphérie de la pale, depuis un point du quadrant frontal supérieur, jusqu'au bord d'attaque de la pale et, au-delà 25 des quadrants inférieurs frontal et arrière, jusqu'au bord postérieur de ladite pale. L'agencement de cette partie extrême est montré à la fig. 2. La pale 1 comprend un cylindre creux qui est partiellement fermé à son extrémité par une plaque 3 comportant un trou central 4. Une plaque en une seule pièce 5, de même 30 diamètre que la plaque 3, est fixée à cette dernière par des vis 6 et écartée de celle-ci par des entretoises 7 que traversent les vis 6. Une pièce 8 servant.de masque, en forme de segment, est disposée dans l'espace annulaire existant entre les plaques 3 et 5 et définit avec celles-ci.la fente 2. La pièce 8 35 s'étend circonférentiellement sur un'angle p .de 120* dont le sommet est situé sur l'axe.delà pale, comme on peut le voir sur la fig. 3, et elle s'étend à partir du.bord postérieur de la pale sur la périphérie du quadrant: arrière supérieur de la . pale, jusque sur une partie*du quadrant ; frontal supérieur. La 40 fente 2 (voir fig. 1) s'étend circonférentiellement ainsi sur 69 08497 3 2004574 un angle de 240° de sommet situé sur l'axe de la pale. Une largeur de fente typique serait comprise entre environ 3,18 mm et 6,36 mm pour un diamètre de pale de 15,2 cm. Un canal 9 (représenté en tirets sur la fig. 3) s'étend 5 à travers l'épaisseur de la paroi de la pale 1 et se termine à la surface extérieure de la pale par un orifice étroit s'éten-dant dans le sens longitudinal de la pale, à son point le plus haut. De l'air comprimé introduit dans l'intérieur creux de la pale sera délivré par cet orifice étroit sous la forme drun 10 mince filet sur la surface arrière de la pale, comme indiqué sur la fig. 3 par la flèche C en pointillé, et il en résultera un effet sustentateur sur la pale. L'air traversera également le trou 4 de la plaque 3 pour être délivré par la fente 2 sous la forme d'une nappe mince dirigée, dans son ensemble, radialement 15 par rapport à la section transversale de la pale (comme indiqué par la flèche M sur la fig. 2). En général, il sera souhaitable de fournir séparément l'air comprimé à l'orifice étroit pratiqué dans la pale et à la fente 2, car les rapports de pression respectifs pour obtenir 20 les meilleurs résultats ne sont pas nécessairement les mêmes. La mince nappe s'étendant radialement agit comme une barrière qui modifie l'écoulement autour de l'extrémité de la pale. Normalement, lorsqu'une pale du genre décrit précédemment produit un effet de sustentation dû au contrôle de la clrcula-25 tion de l'air autour de la pale, l'éjection sustentatrice d'extrémité provoque la formation d'un tourbillon qui se stabilise à la surface arrière de la pale et produit un gradient de pression dans le sillage. L'effet de la barrière fluide est de déplacer la position du tourbillon d'extrémité radialement vers 30 l'extérieur par rapport à l'axe d'un rotor et la valeur de la pression statique minimale en est considérablement réduite. Le résultat se traduit par une réduction appréciable de la. traînée (de l'ordre de dix pour cent dans un cas particulier) avec une réduction consécutive dans la puissance totale requise pour en-35 traîner le rotor, même si l'on tient compte dë la puissance nécessaire à la compression de l'air entraîné-. Ce dernier est relativement faible en volume en comparaison de celui délivré' à partir de l'ouverture longitudinale pratiquée dans la pale. Au cours d *expériences, on a trouvé que la consommation 40 totale de puissance (puissance pour l'arbre du rotor + puissance 69 08497 4 2004574 pour comprimer l'air délivré par l'ouverture + puissance pour comprimer l'air formant la barrière) passait par un minimum pour un rapport de pression approximativement égal à 1,1. Jusque là, il apparaît que les meilleurs résultats sont 5 obtenus avec un dispositif sensiblement tel que décrit jusqu'ici, à savoir un segment de 120" situé essentiellement dans le quadrant arrière supérieur d'une pale et dont l'extrémité arrière est distante d'un angle (et sur la fig.3) de 80-90* de la ligne verticale passant par le centre de la pale. De plus grands seg-10 ments semblent améliorer le coefficient de portance global d'une pale et il est possible que ce soit dû à la variation de la composante dirigée vers le bas de la nappe d'air formant la barrière. La meilleure fonction de puissance de traînée d'extrémité a été obtenue jusqu'à présent avec un segment de 120°. Des essais 15 indiquent également qu'il est probablement important de délivrer l'air de manière à former une barrière à partir d'une partie du quadrant frontal supérieur d'une pale. C'est dans cette région que les gradients de pression maximum existent. Au cours d'essais où le quadrant frontal supérieur était masqué (et le qua-20 drant arrière supérieur était ouvert), les tourbillons d'extrémité augmentèrent considérablement. Il semble qu'on n'obtienne aucun avantage en utilisant deux segments espacés l'un de l'autre. Une partie de la puissance dépensée pour produire la 25 barrière fluide est probablement récupérée sous la forme d'une poussée agissant de manière à entraîner la pale dans son sens de rotation. Bien qu'on ait décrit une fente continue, selon une variante, on peut, utiliser une pluralité de plus petites ouvertu-30 res telle qu'une rangée de trous discontinus. Les fig. 4 et 5 montrent un dispositif dans lequel les lames d'air sont délivrées, à partir d'une extrémité de pale, dans des directions longitudinales par rapport à la pale, de manière à produire un écoulement qui s'opposera à un tourbillon 35 d'extrémité. La construction est sensiblement la même que celle décrite en relation avec les fig. 2 et 3, les mêmes chiffres de référence étant utilisés pour décrire les éléments correspondants. Une pale de section circulaire 1 est partiellement fermée par une plaque 3 comportant un trou central 4 et une plaque en 40 une seule pièce 5 est fixée à la plaque 3 et écartée de cette 69 08497 5 2004574 dernière, par des vis 6 et des entretoises 7. La fente périphérique 2 ainsi définie est partiellement fermée par deux pièces 8 servant de masque (dont une est représentée sur la fig. 5). Les pièces 8 ont la forme de segments, chacune s'étendant cir-5 conférentiellement sur un angle de 90° dont le sommet est situé sur l'axe de la pale, et sont disposées symétriquement par rapport à la ligne de centre horizontale de la pale, en des endroits opposés par rapport à l'axe de la pale. Une enveloppe semi-cir-culaire 10,ayant une collerette formée le long de sa périphérie, 10 est fixée à la plaque 3 de manière telle que la collerette s'étende autour de la plaque massive 5 avec un jeu radial, ce qui définit une fente semi-circulaire 11 se tournant vers l'extérieur par rapport à l'étendue de la pale. Une autre enveloppe 12, de forme analogue, est fixée à la plaque en une seule pièce 5, de 15 telle manière que sa collerette s'étende sur la plaque 3 pour définir avec celle-ci une fente 13 semi-circulaire se tournant vers l'intérieur, star la surface de la pale. Des pièces terminales 14,15, formées sur les enveloppes, viennent en butée l'une contre l'autre pour empêcher le courant de passer entre les fen-20 tes respectives 11,13. De l'air comprimé, provenant de l'intérieur de la pale 1, sera dirigé vers les fentes 11 et 13 pour ê-tre délivré à partir de celles-ci, sous forme de nappes de section semi-circulaire, dirigées vers l'extérieur et l'intérieur par rapport à l'étendue de la pale. 25 Les résultats ont montré que l'utilisation d'un dispo sitif à barrière d'extrémité à écoulement longitudinal produit une plus importante réduction de la fonction de puissance de traînée d'extrémité que celle obtenue jusqu'à ce jour avec des barrières à écoulement radial. On a obtenu une réduction égale 30 à plus de quatre fois la meilleure réduction due aux barrières à écoulement radial. XI se produit une petite réduction concomitante dans la portance, mais une réduction considérable dans la fonction de puissance de traînée d'extrémité est obtenue a-vant qu'on puisse enregistrer une chute de la portance. Des es-35 sais ont montré que la cause de la réduction de la traînée est le remplacement de l'aspiration d'extrémité induite par le tourbillon par une zone de pression correspondant approximativement au chiffre de la pression totale. Diverses modifications du mode de réalisation des fig. 40 4 et 5 peuvent être envisagées. Par exemple, l'enveloppe supé 69 08497 6 2004574 rieure 1° peut être supprimée et la fente 2 peut être complètement masquée dans cette région, de telle.sorte que le soufflage se produira seulement vers l'intérieur, le long de la partie inférieure de la pale. De plus, l'étendue périphérique des fentes 5 11 et 13 peut être modifiée. Tout ce qui précède concernait la production de barrières fluides à l'extrémité d'une pale de section circulaire, mais plusieurs barrières identiques peuvent être espacées le long d'une pale. 10 Les barrières fluides peuvent également servir aux sur faces de sustentation ayant des sections transversales autres que circulaires, telles qu'elliptiques ou un profil conventionnel de voilure d'aérodyne. Une application aux volets soufflés sur un avion à ailes en flèche est possible. 15 Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs, dé jà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 08497 7 2004574 REVENDICATIONS 1. Moyens de contrôle de l'écoulement d'une couche limite sur line surface de sustentation aérodynamique, caractérisé par le fait qu'ils comprennent au moins une fente s'étendant en pro- 5 fondeur autour d'une partie de la périphérie de la surface et reliée de manière à délivrer une nappe d'un gaz sous pression, à l'extérieur de la surface. 2. Moyens de contrôle de l'écoulement d'une couche limite selon la revendication 1, caractérisés par le fait que la fente 10 est agencée de manière à délivrer une nappe de gaz sensiblement radialement par rapport à l'axe longitudinal de la surface de sustentation. 3. Moyens de contrôle de l'écoulement d'une couche limite selon la revendication 1, caractérisés par le fait que la fente 15 est agencée pour délivrer une nappe de gaz sensiblement dans une direction longitudinale par rapport à la surface de sustentation. 4. Moyens de contrôle de l'écoulement d'une couche limite selon la revendication 3r caractérisés par le fait que la fente 20 est située sensiblement dans une partie inférieure de la surface 5. Moyens de contrôle de l'écoulement d'une couche limite selon la revendication 4, caractérisés par le fait que la fente est adjacente à une extrémité de la surface et est agencée de manière à délivrer une nappe de gaz vers l'intérieur par rapport 25 à ladite extrémité. 6. Moyens de contrôle de l'écoulement d'une couche limite selon une des revendications 3, 4 et 5, caractérisés par le fait qu'ils comprennent une autre fente s'étendant autour d'une autre partie de la surface sensiblement dans le même plan transversal 30 que la première fente, et agencée pour délivrer une nappe de gaz dans un sens opposé à celui de la nappe, délivrée par ladite première fente. 7. Voilure d'aérodyne caractérisée par le fait qu'elle com porte des moyens pour contrôler 1'écoulement de la couche limite 35 établis selon une des revendications 1 à 6. 8. Voilure d'aérodyne selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les moyens pour contrôler l'écoulement de la couche limite sont situés sensiblement à l'extrémité de la voilure. 40 9. Voilure d'aérodyne selon la revendication 7 ou 8, carac 69 08497 8 2004574 térisée par le fait qu'elle comporte une ouverture s'étendant longitudinalement et agencée pour délivrer un courant gazeux tangentiellement à la surface de la voilure, de manière à induire une force de sustentation sur ladite voilure. 5 10. Voilure d*aérodyne selon la revendication 9, caractéri sée par le fait qu'elle présente une section transversale sensiblement circulaire. 11. Voilure d'aérodyne de section transversale sensiblement circulaire, caractérisée par le fait qu'elle comporte une ouver- 10 ture s'étendant longitudinalement et agencée pour délivrer un courant gazeux tangentiellement à la surface de la voilure, de manière à induire une force de sustentation sur ladite voilure, qu'une plaque est écartée de l'extrémité de la voilure pour définir avec ladite extrémité une fente s'étendant à la périphérie 15 de la surface de la voilure, une partie de ladite fente étant masquée, et qu'une liaison est prévue entre la voilure et la fente, ce grâce à quoi un gaz sous pression introduit dans la voilure sera délivré à partir de la fente, sensiblement radialement par rapport à l'axe de la voilure. 20 12. Voilure d'aérodyne selon la revendication 11, caractéri sée par le fait que la partie masquée de la fente s'étend sensiblement sur le quadrant arrière supérieur de la voilure relativement à l'écoulement d'air normal autour de la voilure. 13. Voilure d'aérodyne selon la revendication 11 ou 12, 25 caractérisée par le fait que la partie masquée de la fente s'étend circonférentiellement sur un angle de l'ordre de 120°, dont le sommet est situé sur l'axe de la voilure. 14. Voilure d'aérodyne selon la revendication 12 ou 13, caractérisée par le fait que le bord postérieur de la partie mas- 30 quée est distant d'un angle de 80° à 90° de la ligne de centre verticale de la voilure, le sommet de l'angle étant situé sur l'axe de la voilure.