Brevet FR2027536A1 — publié le 19701002

La présente invention concerne un perfectionnement à 1 'ins— tallation des hélices sustentatrices des aéronefs à décollage et atterrissage vertical ou court, de manière à accroître la poussée par ensemble unitaire d'hélice sustentatrice. 5 Un problème important de l'industrie aéronautique est d'ac croître la poussée efficace engendrée par un ensemble unitaire d* hélice sustentatrice sans accroître son poids et son encombrement. Les recherches effectuées jusqu'ici ont généralement porté sur 1* efficacité du moteur sustantateur. lO A contrario* la présente invention consiste à utiliser l'es- pace mort entre la paroi interne d'un carter et la paroi externe du corps du moteur d'un ensemble unitaire d'hélice sustentatrice» L'invention résulte de recherches en vue d'utiliser le principe de base de l'art antérieur en y appliquant une théorie plus 15 évoluée. Le principe de base a été décrit dans un article de Théodore von Karman ayant pour titre "Remarques théoriques sur l'augmentation de la poussée". Cette étude indique que si un fluide s'écoulant à travers un tube cylindrique muni d'une tuyère est considéré 20 comme étant incompressible, l'augmentation de la poussée du fluide peut être déterminée par les équations suivantes: AUj + a U = (A + a) iig ..,(1) (A - 2)(u12/2) + aU2 = (A + a)u22 .....(2> Dans lesquelles a désigne la section de la tuyère, A la différence 25 entre la section du tube cylindrique et la dite surface a, îl la vitesse du fluide éjecté par la tuyère, u^ la vitesse du fluide s* écoulant entre les parois du tube cylindrique et la tuyère et ula vitesse du fluide dans le tube cylindrique en aval de la sortie de la tuyère. D'après les équations 1 et 2 ci-dessus, on peut dé-30 duire l'équation suivanter (f=1-jrL- 1tt>2 — (*> dans laquelle représente le taux d'augmentation de la poussée et ^désigne une valeur représentée par la fraction a/A, Dans ce cas, siÛest plus grand que 1,y aura une valeur inférieure à l'unité, 35 Ceci parait être théoriquement déraisonnable et correspond à une impossibilité d'utiliser l'espace mort entre la paroi interne du carter et la paroi externe du corps du moteur de l'ensemble d* 69 05444 2 2027536 hélice sustentatrice pour accroître l'efficacité substantielle du moteur sustentateur, parce que la section de cet espace mort est, selon la conception générale, rendu aussi faible que possible, la dite surface ayant par exemple une valeur plus petite que celle de 5 la tuyère ou plus petite qu'une fois et demie cette dernière surface. Il a été trouvé au cours de recherches que le principe de Karman néglige la réduction de la pression statique à la sortie de la tuyère avec l'augmentation en résultant de la vitesse du jet, 10 On a donc corrigé l'équation 3 en incluant un nouveau facteur de l'augmentation de la vitesse du jet comme suitï u u 2 (y tel que corrigé) = 1 * ** • (jf}2 / (1 - -^s) ....(4) U u * U1 u2 • • = (i M U ) . -V ..(5) Un objet de la présente invention est de réaliser une instal-15 lation d'hélice sustentatrice, pour les aéronefs à décollage et atterrissage vertical ou court, améliorée de manière à pouvoir être utilisée en pratique suite à la vérification des équations théori~ ques ainsi corrigées. Selon une caractéristique de la présente invention, une ins* 20 tallation d'hélice sustentatrice pour aéronef à décollage et atter» rissage vertical ou court , comporte un ou plusieurs ensembles d* hélices sustentatrices et un carter ou des carters pour loger les dits ensembles d'hélices sustentatrices, chaque ensemble d'hélice sustentatrice comportant un générateur de gaz, une hélice entrainée 25 par le fluide fourni par le dit générateur et un corps de moteur dans lequel sont disposés les dits générateur de gaz et hélice et elle est caractérisée en ce qu'elle comprend un passage d'air défini entre la paroi interne du carter et la paroi externe du corps du moteur, la section effective du dit passage étant inférieure à 30 une fois et demie celle du tube d'échappement du dit ensemble d* hélice sustentatrice. Le dit passage d'air peut être réalisé en utilisant l'espace mort sans accroître techniquement le poids et l'encombrement de 1 * installation d'hélice sustentatrice, 35 On décrira ci-après l'invention sous forme de modes de réali sation préférentiels avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquelst 69 05444 3 2027536 Fig. 1 est une courbe des augmentations de poussée obtenues à partir des équations servant de base à l'invention et des équations de Karman; Fig» 2 est une vue en plan d'une installation d'hélices sus-5 tentatrices conforme à l'invention; Fig. 3 est une vue en coupe verticale de la dite installation d'hélices sustentatrices par III-III de figure 2; Fig, 4 est une vue en coupe verticale de la dite installation d«hélices sustentatrices par IV-IV de figure 2; 10 Fig, 5 est une vue en coupe verticale d'une installation d* hélices sustentatrices qui constitue une modification par rapport (à celle des figures 2 à 4; Fig, 6 est une vue en élévation verticale avec arrachement partiel d'une installation d'hélices sustentatrices constituant un 15 mode de réalisation supplémentaire de l'invention; Fig, 7 est une vue en plan d'un avion équipé d'installations d'hélices sustentatrices conformes à l'invention; Fig, 8 est une vue frontale de l'avion de figure 7; Fig, -9 est une vue en élévation latérale de l'avion de figure 20 7; Fig, 10 est une vue en plan d'un avion muni d'installations d'hélices sustentatrices qui diffère de celui des figures 7 à 9; Fig, 11 est une vue en plan des dites installations selon une disposition différente de celles des deux avions ci«dessus 25 mentionnés; Fig, 12 est une vue en plan des dites installations logées dans des parties encore différentes de l'avion et Fig, 13 est une vue en élévation latérale de l'avion de figure 12, 30 Une installation d'hélice sustentatrice pour aéronef à décol lage et atterrissage vertical ou court, conforme à l'invention, a été rendue possible en pratique par la découverte qu'un espace mort de l'installation peut être utilisé complètement en appliquant les équations corrigées comme exposé ci-dessus. L'augmentation de 35 la poussée qui a été rendue possible par une variation du taux des surfaces — , conformément aux équations ci-dessus, est repré-sentée par la ligne A dans la figure 1 tandis que celle basée sur les équations de Karman est représentée par la ligne B dans la même figure. L'installation d'hélice sustentatrice pour aéronef à 40 décollage et atterrissage vertical ou court peut être conçue sans 69 05444 4 2027536 accroître substantiellement son poids et son encombrement dans la A ✓ gamme d'un rapport des surfaces — ±=-1,5. cL La dite installation d'hélice sustentatrice est constituée par une pluralité d'ensembles d'hélices sustentatrices tels que 5 des turbo-réacreurs 1 et par une çellule d'hélices sustentatrices 2 avec un carter 3 renfermant les dits ensembles d'hélices sustentatrices, Chaque ensemble d'hélice sustentatrice comporte un générateur de gaz, une hélice entraînée par le générateur et un corps de moteur circulaire 4 entourant les dits générateur et hélice, 10 Entre la paroi interne du carter 3 et la paroi externe du corps du moteur 4 est réalisé un passage d'air,5 qui constitue la partie essentielle de la présente invention. Les éléments supports, non représentés, pour supporter l'ensemble d'hélice sustentatrice 1 dans le carter 3, sont réalisés de préférence de telle manière que 15 l'air passe à travers le passage 5 sans subir de déflexion. Dans ce mode de réalisation, la cellule d'hélices sustentatrices 2 comporte une paire de volets d'entrée 6 disposés de part et d'autre sur la face supérieure de celle-ci, une paire de volets de sortie 7 disposés de part et d'autre sur la face inférieure de 20 celle—ci et des volets frontal et arrière 8 positionnés dans les parties frontale et arrière de l'échappement du passage d'air 5, Ces volets 6 à 8 sont articulés sur la paroi externe de la cellule I de manière à entourer le passage d'air 5( ce qui, lorsqu'ils sont ouverts, donne naissance à des passages d'air additionnels 9 et 10 25 communiquant avec le passage d'air 5, Les dits passages additionnels 9 et 10 sont efficaces pour maintenir libre le courant fluide de manière que la poussée du fluide à travers le carter et l'ensen-ble d'hélice sustentatrice soit utilisée efficacement. Afin d'avoir un passage d'air 10 aussi long que possible, les dits volets de 30 sortie 7 sont conçus de manière à être superposés l'un à l'autre lorsqu'ils sont fermés, La commande de ces volets est contrôlée à distance par des moyens convenables, par exemple des moyens de commande hydraulique non représentés. La disposition ci«dessus est représentée en détail dans le mode de réalisation des figures 2 à5, 35 Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté dans la figure 5, L'installation d'hélices sustentatrices du dit mode de réalisation comporte essentiellement un élément annulaire II qui assure le mélange du gaz d'échappement de l'ensemble d'hélice sustentatrice avec l'air traversant le passage d'air, 40 Un mode de réalisation supplémentaire de l'invention est re» 69 05444 5 2027536 présenté dans la figure lO dans laquelle chacun des ensembles d* hélice sustentatrice peut être orienté dans un plan vertical allant de la partie frontale à la partie arrière de l'installation. Conformément à la présente invention, la section efficace du 5 passage d'air 5 est réglée à une valeur égale à une fois et demie celle du canal de sortie de l'ensemble d'hélice sustentatrice de manière à utiliser l'espace mort entre la paroi interne du carter 3 et la paroi externe du corps 4 du moteur qui était inévitablement laissé inutilisé dans la conception traditionnelle des dites instA-10 lations d'hélices sustentatrices. L'avion 12 représenté dans les figures 7 à 9 est équipé d' installations d'hélices sustentatrices conformes à l'invention qui sont positionnées dans les parties intermédiaires 13 des ailes 14 de celui-ci. En conséquence, chacune des dites installations com-15 porte deux cellules 2a et 2b reliées jointivement l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une structure 15 assurant la solidarisation de l'installation avec l'aile. Dans chaque cellule sont disposés une pluralité d'ensembles d'hélices sustentatrices par exemple trois ensembles la, lb et le, 20 L'avion 12a représenté dans la figure lO est caractérisé en ce qu'il comporte des installations d'hélices sustentatrices conformes à l'invention positionnées au bout 13a des ailes 14a de celui-ci. L'avion 12b représenté dans la figure 11 est caractérisé en 25 ce que les installations d'hélices sustentatrices conformes à 1* invention, dont chacune comprend une cellule d'hélices sustentatrices 2c et deux ensembles d'hélices sustentatrices ld et le, sont susceptibles d'être éclipsées dans le corps du dit avion. A savoir chacune des cellules d'hélices sustentatrices est supportéepar un 30 élément en forme de barre 16 qui est monté à rotation sur la cellule de l'avion. Les dites cellules d'hélices sustentatrices sont amenées respectivement à l'intérieur ou à l'extérieur des logements 17, formés dans les parties latérales de la cellule de l'avion, par le fonctionnement de l'élément en forme de barre, 35 L'avion 12c représenté dans les figures 12 et 13 est caracté risé en ce qu'il comporte des installations d'hélices sustentatrices conformes à l'invention dont les carters 3a sont logés dans les ailes 14b,ces carters contenant chacun un ensemble d'hélice sustai>. tatrice, 40 Naturellement la position de l'installation; d'hélices sus ten tatrices peut être choisie à volonté. 69 05444 6 2027536 revendications 1»- Une installation d'hélice sustentatrice pour un aéronef à décollage et atterrissage vertical ou court comprenant un ou plu-sieurs ensembles d'hélices sustentatrices, un carter ou des car-5 ters pour loger les dits ensembles d'hélices sustentatrices qui comportent chacun un générateur de gaz, une hélice entraînée par le fluide fourni par le dit générateur et un corps de moteur dans lequel sont disposés les dits générateur et hélice caractérisée en ce qu'un passage d'air est déterminé entre la paroi interne du car-lO ter et la paroi externe du dit corps du moteur, la section effective du dit passage étant inférieure à une fois et demie celle du canal d'échappement du dit ensemble d'hélice sustentatrice» 2«~ Une installation d'hélice sustentatrice pour aéronef à décollage et atterrissage vertical ou court selon la revendication 15 1 dans laquelle une pluralité de volets sont articulés sur la surface externe du carter de manière à entourer le passage d'air pour former des passages d'air additionnels communiquant, lorsqu'ils sont ouverts, avec le passage d'air. 3»- Une installation d'hélice sustentatrice pour aéronef à 20 décollage ou atterrissage vertical ou court selon la revendication 2 caractérisé en ce que la paire de volets de sortie, compris dans les dits volets, sont disposés de manière à être superposés l'un à l'autre lorsqu'ils sont fermés»