Brevet FR2091847A1 — publié le 19710121

La présente invention est relative aux aéronefs et missiles se déplaçant dans un fluide, en particulier l'air atmosphérique, à des vitesses supérieures à celles du son et vise plus spécialement à améliorer la propulsion des aéronefs en réalisant simultanément un meilleur écoulement de l'air sur la structure de l'appareil et une protection de ce dernier contre la chaleur. On sait en effet que l'onde de choc produite par un véhicule se déplaçant dans un fluide tel que l'air atmosphérique à des vitesses supérieures à celle du son, est responsable de la plus grande partie du freinage et de l'échauffement aérodynamiques. Dans les aéronefs connus jusqu'à ce jour, les diverses dispositions indépendantes prises pour réduire les effets de cette onde de choc peuvent se classer en deux catégories 1/ d'une part des dispositions aptes à réduire le freinage aérodynamique par l'aMélioration des formes de l'aéronef et la réduction des maitres-couples, 2/ d'autre part des dispositions destinées à éloigner la chaleur produite par échauffement aérodynamique par détachement de l'onde de choc en donnant aux diffé rents bords d'attaque de l'aéronef des formes plus ou moins arrondies pour permettre à l'air de s'écouler entre l'onde et la structure de l'appareil. On connait parfaitement différents moyens utilisés habituellement pour réaliser soit une protection thermique soit une évacuation de la chaleur produite. Le dispositif dit "d'écran thermique" de protection contre la chaleur consiste à associer deux matériaux, l'un hautement réfractaire et l'autre de conductibilité thermique presque nulle, pour former le revetement de l'appareil. Un autre dispositif dénommé "Puits de chaleur1, est constitué par une masse solide ou liquide emmagasinant la chaleur et jouant le rôle de capacité. Pour évacuer la chaleur, un premier dispositif dit double enveloppe" comporte une circulation interne d'un fluide frigorigène non récupéré ou souvent changé d'état. Un autre dispositif d'évacuation thermique dit par "suage" est constitué par un revêtement poreux dans lequel on injecte un agent frigorigène ou un gaz liquéfié. Un autre procédé dit "Ablation1, consiste à utiliser les chaleurs latentes de transformation de certains matériaux, dont un volume donné absorbe par fusion et vaporisa tion ou sublimation une certaine quantité de chaleur. Cependant toutes les solutions envisagées jusqu'à présent pour réduire simultanément les effets de l'onde de choc n'ont été que des solutions de compromis dans lesquelles -on n'améliore en général la réduction du freinage aérodynamique qu'au détriment de la protection thermique et réciproquement. C'est pourquoi la présente invention a pour but d'éliminer cet inconvénient en mettant en oeuvre des moyens permettant l'amélioration simultanée de l'écoulement de l'aéronef dans le fluide atmosphérique et de sa protection thermique. La présente invention concerne un procédé pour améliorer la propulsion des aéronefs, notamment à des vitesses supérieures à celles du son, caractérisé par le fait qu'il consiste à ménager entre la structure de l'aéronef et la frontière de la couche limite, une zone où règne un vide relatif. Les moyens envisagés pour obtenir ce résultat sont constitués d'une part par un dispositif destiné à créer un champ magnétique au voisinage immédiat de la structure de l'appareil et par un dispositif destiné à produire une ionisation artificielle de l'air passant dans ledit champ magnétique. On sait en effet qu'une particule d'air ionisée de charge q subit, lors de son passage dans un champ magnétique d'induction B avec une vitesse v, une déviation due à l'action de la force d'intensité F = qvB qui est constante en grandeur et en direction lorsque les lignes d'action de v et de B sont perpendiculaires et que B est constant. Or la théorie indique que la trajectoire de cette particule d'air ionisée est alors un arc de cerle. Dans le cas présent, il suffit d'orienter convenablement la airection du champ magnétique créé pour que la trajectoire d'une telle particule tende à l'écarter de la structure de l'appareil. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement du dessin annexé, un mode d'exécution du procédé selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective du dispositif conforme à l'invention pour créer le champ magnétique. La figure 2 représente une vue en coupe transversale d'un bord d'attaque de l'aéronef muni du dispositif de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan schématique de l'aéronef montrant seulement le dispositif général de circulation des matières ionisantes destinées à ioniser l'air au voisinage des bords d'attaque de l'aéronef. Les figures 4 et 5 sont des vues respectives en coupe transversale des réservoirs de matières ionisantes du dispositif précédent conforme à l'invention. La figure 1 représente la vue en perspective du dispositif conforme à l'invention destiné à créer un champ magnétique au voisinage de la structure de l'aéronef. A cet effet, des aimants permanents 2 en forme de profilés de section rectangulaire très allongés sont disposés parallèlement à un certain intervalle les uns des autres. Ces aimants 2 sont réunis à un support 1 servant de revêtement et sont aimantés nord-sud (N-S) dans le sens de leur épaisseur, les pales nord (N) et les pôles sud (S) se succédant alternativement. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le revêtement, constitué par un matériau non conducteur, peut être rapporté et sert de support aux profilés pris dans des bandes minces d'alliages magnétiques appropriés ayant un point de Curie élevé. Sur la figure 2 on a représenté en coupe transversale un bord d'attaque de l'aéronef muni du revêtement 1 et des aimants 2 et la position relative de ces derniers par rapport à la frontière de la couche limite 3 et de l'onde de choc 4, le déplacement du sord d'attaque s'effectuant dans le sens de la flèche f. On voit ainsi que le champ magnétique créé n'intéresse qu'une zone de la couche limite au voisinage immédiat de la structure de l'aéronef. C'est dans cette zone que le champ engendré par les aimants permanents rejette les particules d'air ionisées vers l'extérieur de la structure du bord d'attaque, l'ionisation des particules ayant été obtenue grâce à un dispositif renfermant et faisant circuler des matières radioactives ionisantes, dont le schéma général est représenté sur la figure 3. En effet on doit réaliser une ionisation artificielle de l'air lorsque la vitesse de l'aéronef ne s'élève qu a un nombre de Mach faible étant donné que, pour ces vitesses, la température atteinte dans l'onde de choc ne suffit pas à réaliser l'ionisation naturelle de l'air, à l'opposé du cas où la vitesse est hypersonique (nombre de Mach très élevé). Pour obtenir l'ionisation artificielle on utilise donc des matières radioactives sous forme de solution ou de gaz, situées dans un réservoir protégé 7 (figure 3). Un compr.sseur-décompresseur 8 sert à refouler le liquide ou le gaz radioactif dans le réservoir 7 à partir des réservoirs contenus dans le nez 6 du fuselage et dans les bords d'attaque 5 de l'aéronef par des canalisations protégées 9 grâce à une injection d'air comprimé dans les canalisations 10.Le processus consiste en effet à réaliser simultanément les deux opérations suivantes, ou simultanément les opérations inverses, au moyen du compresseur-décompresseur 8 : 1/ Refoulement d'air comprimé par les canalisations 10 dans les réservoirs disposés dans le nez 6 et les bords d'attaque 5 de l'aéronef. 2/ Décompression dans le réservoir 7 de matières radioactives par la canalisation d'air 11. Ce système d'injection ou de refoulement sous pression du liquide ou du gaz radioactif s'effectue par remplacement d'un volume par un autre, les réservoirs du nez 6 et des bords d'attaque 5 de l'aéronef ainsi que le réservoir protégé 7 disposant respectivement en leur sein de deux volumes déformables séparés par une paroi souple élastique pouvant changer de forme et de volume par injection ou évacuation d'air comprime. On comprendra mieux l'agencement de ces différents réservoirs en se reportant aux figures 4 et 5. La figure 4 représente un réservoir situé soit dans le nez 6 ou les bords d'attaque 5 de l'aéronef. La figure 5 représente le réservoir protégé 7. A l'intérieur de la paroi 12 du premier réservoir considéré et à l'intérieur de la paroi 13 du reservoir 7 se trouvent deux logements contenant respectivement le premier une membrane déformable A et le second une membrane déformable B, ces membranes étant toutes deux remplies d'air.Lorsque le compresseur-décompresseur 8 aspire l'air contenu dans la membrane A par la canalisation 10 et refoule simultanément de l'air comprimé dans la membrane B par la canalisation 11, la décompression de A la fait passer de la position A2 (représentant A totalement remplie d'air) à la position A1 (représentant A totalement vidée d'air) et simultanément la compression de B la fait passer de la position B1 (représentant B presque totalement vidée d'air) à la position B2 (representant B totalement remplie d'air). Ces déformations simultanées provoquent le refoulement des matières radioactives du réservoir 7 aux divers autres réservoirs du nez 6 et des bords d'attaque 5 de l'aéronef. Autrement dit, il se produit un mouvement inverse de compression et de décompression dans les membranes A et B. Ainsi, sur la figure 4, la position A1 de A correspond au cas où le réservoir est rempli de matières radioactives et où la membrane A est vide d'air, la position A2 correspondant au cas inverse. Sur la figure 5, la position B1 de B correspond au cas où le réservoir protégé est rempli par les matières radioactives et où la membrane B contient son volume d'air minimum, la position B2 correspondant au cas inverse. Les matières radioactives appropriees,sont des substances émissives très ionisantes et sont utilisées sous forme de liquide ou de gaz. Elles sont situées, au repos, dans un réservoir protégé 7 et sont injectées suivant le processus indiqué ci-dessus dans des réservoirs situés dans les différents Dords d'attaque et le nez de l'aéronef de façon à ioniser l'air au voisinage immédiat de la structure dans la zone où règne le champ magnétique. Les matières radioactives ont de préférence une activité spécifique très élevée et de courte périoae. Elles peuvent être injectées dans les différents réservoirs soit avant le vol, soit au cours du vol et peuvent être remplacées avant chaque vol par exemple. On notera que les bords d'attaque de l'aéronef comportent avantageusement des stries dans le sens de l'écoulement, dont le fond est très mince afin de constituer des fenêtres. Ces stries peuvent aussi être à l'intérieur de la structure, laissant ainsi les bords d'attaque lisses extérieurement. Un bord d'attaque forme donc une sorte de grille. Cette disposition permet de contrôler dans une certaine mesure l'ionisation réalisée étant donné qu'il est possible de varier l'épaisseur desdites fenêtres ce qui ralentit au besoin les émetteurs (par exemple dans le cas de matière donnant des émetteurs B très rapides). On notera également que l'on dispose entre les aimants 2 et sur le revêtement 1 une mince couche d'un métal ayant un facteur de réflection élevé recouvert par exemple d'une pellicule de verre, afin de pallier au seul effet du rayonnement calorifique du fluide sur la paroi de l'aéronef, la transmission de chaleur par conduction et convection étant supprimée par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Dans une autre forme de réalisation conforme à l'invention, le support 1 (figure I) des aimants 2 peut être constitué par un liant souple, non magnétique qu'on fixe à la structure par collage. Alors les aimants 2 sont des profilés moulés, constitués par des poudres ferromagnétiques. REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer la propulsion des aéronefs, notamment à des vitesses supérieures à celles du son, avec amélioration simultanée de llécoulement du fluide sur la structure de ltaéronef et de la protection thermique de cette dernière caractérisé par le fait qu'il consiste à créer, par des moyens situés sur les bords d'attaque de l'aéronef, un champ magnétique situé au voisinage immédiat de la structure de 11 appareil et provoquant la déviation vers l'extérieur des particules ionisées et de la couche de choc traversant ledit champ. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens destinés à créer ledit champ magnétique sont constitués par des aimants permanents en forme de profilés de section rectangulaire très allongés, orientés dans le sens de l'écoule- ment de ltair et aimantés nord-sud dans le sens de leur épaisseur, et disposés de sorte que les piles nord et sud se succèdent alternativement. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1 et 2, du type comportant des moyens placés à l'intérieur de l'aéronef pour ioniser l'air extérieur au voisinage immédiat de la structure de l'appareil au moyen de matières radioactives composées d'émetteurs très ionisants, caractérisé par le fait que ces moyens comportent un réservoir principal blindé de substance ionisante, disposé au centre de l'appareil, des réservoirs secondaires situés dans les bords d'attaque de l'aéronef et reliés au réservoir principal de façon à former un circuit fermé pour ladite substance ionisante, et un compresseur-décompresseur placé dans ce circuit pour injecter la substance dans les réservoirs secondaires ou les refouler hors de ces derniers.