Brevet FR2061558A1 — publié le 19710625

La présente invention a trait à un aéronef à grande vitesse horizontale et plus particulièrement à un aéronef supersonique à déplacement vertical, et concerne plus précisément les manoeuvres de décollage et d'atterrissage à l'aide de systèmes de caractère aérodynamique. Toutes les méthodes préconisées jusqu'à présent, pour animer d'un mouvement vertical un aéronef à grande vitesse horizontale, ont utilisé la force brute d'un type non aérodynamique engendrée par un système de poussée verticale en vue du décollage et del'at- terrissage. De tels systèmes de poussée verticale ne sont en aucune façon conformes aux caractéristiques aérodynamiques du fuselage de 11 aéronef ni au dessin des ailes. Dans un tel aéronef, la transition entre un mouvement vertical et un vol aérodynamique horizontal, s'accompagne de problèmes de turbulence et d'instabilité qui doivent être compensés par des moyens de commande d14eciion d'air montés à l'extérieur, et mis en service particulièrement lorsque l'aéronef rencontre des rafales de vent ou des vents de direction différente. Durant la dernière décadeDplusieurs tentatives ont été faits pour réaliser un aéronef à courts décollage et atterrissage verticaux, adapté à des missions de chasse > spécialement à partir d'un navire porte-hélicoptères. Ce projet, tiré de l'art antérieur se rapprochant le plus de l'utilisation opérationnelle en 1969, consiste en une forme prévoyant deux paires de tuyères séparées longitudinalement, s'étendant des deux côtés du fuselage et pouvant être dirigées depuis une position complètement vers l'arrière vers une position complètement vers l'avant. Le bruit, la chaleur et les effets de souffle au sol sont sévères. Le moteur et les canalisations intérieures limitent l'utilisation d'un tel aéronef uniquement aux seules missions spécialisées. Le principal objet de l'invention est de réaliser un aéronef à grande vitesse horizontale, déplaçable verticalement, dans lequel le svstème de décollage vertical est conforme,d'un point de vue aérodynamiaue)avec le système de poussée verticale de l'aile pendant les manoeuvres de décollage et d'atterrissage, de façon à assurer un certain degré de commande aérodynamique aidant la stabilité à se maintenir lors de la transition entre un mouvement vertical et un vol horizontal ou vice-versa, et réduisant la turbulence de l'écoulement de l'air pendant cette phase de transiticaz Un autre objet de l'invention est de réaliser des générateurs de gaz de poussée montés à l'intérieur du fuselage en combinaison avec des structures à fente de projection des gaz, montées àrex- térieur du fuselage et conçus pour éjecter des gaz de poussée intérieurement, vers les surfaces inférieures du fuselage, et se mélangeant avec des quantités substantielles dair secondaire aspirées au moins sur les surfaces supérieures des ailes, ladite structure à fente comportant une portion constituant un élément d'aile et qui contribue au positionnement convenable du centre ascensionnel. Un autre objet de l'invention est de réaliser un aéronef tel que défini, ayant une structure d'aile de forme prédéterminée, et de préférence en forme de delta et comprenant un prolongement vers l'avant s'étendant vers les parties antérieures au moins de ladite structure à fente de façon à déplacer vers l'avant le centre ascensionnel en coïncidence avec les centres de gravité et de poussée verticale. L'invention a également pour objet un aéronef tel que défini, dans lequel les moteurs de poussée verticale communiquent avec les structures à fente pour la poussée verticale par l'intermédiaire de tuyaux de raccordement de sorte que lesdites structures à fente sont actionnées simultanément par un ou plusieurs desdits moteurs. L'invention a encore pour objet un aéronef tel que défini, dans lequel l'admission de l'air secondaire, qui s'effectue de la façon expliquée ci-dessus, a pour effet de maintenir à la fois la constance de l'angle efficace d'attaque et-une condition contrôlée de l'écoulement de l'air le long des surfaces aerodynamiques en cas de rafales de vent ou analogue et qui effectuerait la phase de transition de commande de décollage et d'atterrissage de façon différente. Compte tenu de ces objets ainsi que d'autres, l'invention concerne un aéronef à grande vitesse horizontale, à déplacement vertical dont les centres ascensionnels, de gravité et de poussée verticale coïncident et comprenant un fuselage, des moyens pour engendrer les gaz de poussée horizontale et verticale, une structure à fente de direction du gaz montée à l'extérieur du fuselage longitudinalement par rapport à ce dernier et conçue pour éjecter les gaz de poussée intérieurement vers les surfaces inférieures du fuselae de façon à ce que lesdits gaz se joignent pour former un courant ae poussée dirigé vers le bas et ayant un centre de toussée vertical coïncidant avec le centre de gravité, une structure d'aile de configuration prédéterminée et un prolongement vers l'avant de ladite structure aaile, s'étendant vers ladite structure à fente de façon à déplacer vers l'avant le cen tre ascensionnel en coïncidence avec es centres de gravité et de ooussée verticale. L'invention sera de toutes pagnons mieux comprise en se re- portant à la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatif et dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un aéronef selon 11 invention, desservant une petite canonnier ou seulement pour le transport d'hélicoptères; - la figure 2 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, montrant les principaux éléments de l'aéronef; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2;; - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la figure 2 et illustrant les liaisons ae commande des portes pour la poussée verticale; - la figure 5 est une vue en perspective d'un détail des moteurs de poussée verticale et des canalisations de la figure 2; - la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 5; - la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 5; - la figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne 8-8 de la figure 5; ; - les figures 9 et 10 sont respectivement des vues schéma tiques en élévation et en plat une maquette d'aéronef pourvu d'ailes planes en forme de double delta et rencontrant des con- ditions de turbulence d'angle d'attaque élevé croissant et de faible vitesse norizontale - les figures Il et 12 sont respectivement des schémas simi- laires en élévation et en plan, et montrant influence de la forme et de l'emplacement des dispotifs de poussée verticale selon l'invention, influence se traduisant par la transformation de l'écoulement turbulent du courant d'air en un écoulement laminaire. La figure 1 montre une canonnière 10 du type porte-hélicop- tères ayant un petit pont 11 de décollage et d'atterrissage une telle canonnière peut avoir a manoeuvrer pour qu'un aéronef de grande vitesse horizontale 12 approchant, uisse se préparer à atterrir en 12a9 par exemple, dans la phase finale dne descente verticale dans des conditions de rafales de vent ou toute autre condition de direction du vent ?oituellement considérée comme non convenable pour atterrir De la même façon lors du décollage, l'aéronef peut avoir à sDélever d'une certaine hauteur aundessus du navire sous l'action d'une poussée verticale1tout en ne développant qu'une faible vitesse vers l'avant pour passer ensuite sur un palier de transition avant d'effectuer un vol dirigé vers l'avant comme le montre la figure 1 en 12b, l'aéronef étant alors supporté grâce aux caractéristiques aérodynamiques des ailes.Compte tenu de l'armement lourd et du chargement de carburant qui sont concentrés si possible dans la région du centre de gravité de l'aéronef, les exigences rigoureuses posées par le mode et les aspects opératoire nels de l'atterrissage et du décollage à partir d'un terrain aussi petit et dans les conditions les plus difficiles, ont représenté un défi résolu seulement en partie par les méthodes directes d'application d'un puissant jet vertical de gaz de grandes intensité, température, turbulence et bruit. Comme l'indique la figure 1, l'aéronef 12 selon l'invention envoie un courant de gaz 13 vers le bas, beaucoup moins bruyant et moins turbulent que le jet direct de gaz des méthodes connues, évitant ainsi les effets de choc du jet et les effets de fontaine sur la surface d'atterrissage 14.Ces caractéristiques peuvent être réalisées grâce à l'aéronef qui va être décrit en détail à présent. tans les figures 2 à 8, l'aéronef 12, dont le centre de gravité de centre ascensionnaI et le centre de poussée verticale indiqués par la fléchie A coïncident, comprend un fuselage 15 limitant un espace libre central de cargaison, un espace 16 pour le chargement d'armement ou de carburant situé entre une cabine de pilote ou section de commande 17 prévue à l'avant et une queue arrière ou section de navigation 18 contenant des moteurs 19 pour la propulsion vers l'avant et munie d'un empennage vertical 20 sur lequel est fixé un gouvernail de direction 21. Des moteurs ascensionnels légers et développant un rapport de force de poussée, de préférence supérieur au rapport de 20 à1, sont visibles en 22 et 23 à l'intérieur du fuselage 15. Le moteur 22 est monté avec sa prise d'entrée 24,entièrement à l'intérieur du fuselage à une distance prédéterminée en avant du centre de gravité 25 indiqué par la flèche Ab L'autre moteur générateur de gaz de poussée 23,est fixé en carrière du centre de gravité 25 à une distance telle que ce dernier n'est pas déplacé; le moteur 23 est disposé verticalement de façon que sa tubulure d'entrée 26 soit orientée vers le haut mais complètement logée à l'intérieur du fuselage.Des portes d'entrée 27 et 28 sont montées articulées le long des bords arrière 29 et 30 de façon que les bords avant 31 et 32 puissent être soulevés pour l'admission de l'air extérieur. Les sorties de ces moteurs verticaux communiquent parl'intermédiaire de tuyaux de raccordement latéraux 33 et 34 avec de longues tubulures doubles 35 s'étendant longitudinalement à l'ex- érieur du fuselage, parallèlement à ce dernier, et renfermant les structures internes à fente 36 longitudinales. Les tubulures doubles 35 sont montrées avec plus de détail dans les figures 5 à 8; elles renferment des portions supérieure et inférieure 37 et 38, la portion supérieure 37 communiquant par l'intermédiaire de la tubulure 33 avec le moteur 23 tandis que la portion inférieure communique,ar l'intermédiaire de la tubulure 34,avec le moteur 22. On remarquera que les structures à fente 36 sont en réalité définies par une double fente formée par une cloison support 39 de la tubulure, s'étendant dans l'ouver- ture 40 de la fente. Dans ces conditions, chacun des moteurs projette des gaz à travers les structures à fente 36 de direction des gaz, des deux côtés du fuselage à travers une ouverture 36a et vers le fuselage, en direction de la flèche 40 comme le montre la figure 3. Bes gaz projetés 40 de chaque côté du fuselage longent la surface inférieure incurvée 41 du fuselage et se rejoignent vers le bas sous la quille 42 pour former un co ant vertical de poussée 43 dirigé vers le bas sous le fuselage et ayant une dimension longitudinale approximativement égale à la longueur des structures à fente 36. Ces structures à fente sont fixées longitudinalement par rapport au centre de gravité A de sorte que le centre de poussée verticale vient coïncider avec ce dernier. La structure d'aile 44 a une configuration prédéterminée en forme sensiblement deun delta plat; l'élément dsaile 45 comporte un prolongement vers l'avant 46 logeant ladite structure à fente 36 ainsi que les collecteurs 35 9 de façon à déplacer le centre ascensionnel des ailes en coïncidence avec le centre de gravité 35 désigné par la flèche A. Un élément de surface supérieure 47 formant valve, ayant la forme d'une porte articulée en 48, dont la surface supérieure se conforme au contour de l'aile, peut être amené en position ouverte indiquée en pointillé en 50 afin de permettre à l'air secondaire se trouvant au-dessus de la surface supérieure, de pénétrer par le passage 51 pour se mélanger aux gaz de poussée s'échappant par les structures à fente.De meme, les éléments de surface inférieure formant valve 52, articulés en 53, sont susceptibles de pivoter depuis une position complètement fermée pour laquelleleur-surface inférieure 54 coïncide avec la surface inférieure de l'aile jusqu a une position complètement ouverte permettant aux gaz de poussée 53 de s'échapper suivant les flèches 55, 56 et 57 afin de se mélanger aux gaz de poussée correspond ante provenant de l'autre face du fuselage et former ainsi un courant 58 s'étendant longitudinalement et dirigé vers le bas. Une ouverture extérieure d'admission 59 est également prévue, lors de l'ouverture de l'élément de valve inférieur, pour permettre la communication d'un courant d'air secondaire supplémentaire se dirigeant suivant la flèche 60 vers le courant de poussée 40 par l'intermédiaire du passage 61. Le déflecteur 62 situé de l'autre côté du passage 61 et fixé entre la porte 52 et la fente 40, présente une surface incurvée sur laquelle s'attachent les gaz de poussée de sorte que le courant de poussée est dévié et dirigé vers le bas en direction des surfaces inférieures du fuselage, à travers un espace libre dans lequel l'air secondaire est admis depuis les couches d'air supérieures et inférieures. La valve d'entrée 47 peut être actionnée autour de son articulation 48 grâce à un cylindre moteur 62a articulé à un levier 63 par son piston 64. De la même manière la porte de sortie 52 peut être basculée autour de son articulation 53 par un levier 65 actionné par le bras de piston 66 d'un cylindre moteur 67. Comme le montrent les figures 9 et 10, une structure d'aile 44 en forme de delta plat selon l'invention, peut causer la formation de tourbillons turbulents 68, 69 pour les vitesses de transition inférieures à 100 km à l'heure environ, particulièrement dans le cas ou l'aéronef rencontre des rafales de vent, auquel cas l'angle efficace élevé d'attaque est sujet à un accroi- sement rapide. Comme le montrent les figures 11 et 12, aéronef 12 selon l'invention admet; l'air de 1- couche supérieure suivant la lite 70, à travers les valves d'entrée 47 en position ouverte et éjec te cet air avec le courant de gaz de poussée 58 de façon à éviter la détérioration de la stabilité de l'aile qui pourrait se produire dans les conditions illustrées dans les figures 9 et 10. L'aéronef à déplacement vertical selon l'invention, utilise des moteurs ascensionnels légers pour la propulsion verticale, disposés de façon à ménager un espace maximum disponible pour le chargement et situé le plus près du centre de gravité. Etant donné que les moteurs sont reliés par des tuyaux de raccordement aux structures à fente 36 s'étendant longitudinalement par rapport au fuselage, la commande symétrique reste assurée même en cas de defaut de l'un des moteurs. Le mélange d'air secondaire froid avec les gaz chauds de poussée s'échappant des structures à fente, réduit les vitesses et les températures et par conséquent réduit l'usure et le bruit. Etant donné que le courant de poussée dirigé vers le bas et s'étendant longitudinalement est fixe par rapport au centre de gravité longitudinal et latéral de l'aéronef, il permet une commande de ce dernier oui n'est pas troublée par les effets de la poussée verticale. Le courant de poussée longitudinal s'étend uniformément sur la surface du soi. Avec un tel aéronef n'utili- sant au'un seul courant de toussée dirige vers le bas, on élimine complètement la possibilité d'effet de fontaine, dans lequel les jets, provenant de plusieurs surfaces, apyres avoir heurté la surface du sol, rebondissent l'un contre l'autre et s'élèvent.Grâce à la disposition verticale des moteurs et de leur prise d'air dirigée vers le haut, l'admission d'air d'air secondaire à partir de régions éloignées de la sortie des gaz chauds est assurée. De plus, l'entrée de l'air par les tristes d'air, à la fois dans la région des moteurs et dans les valves d'entrée, peut aider à la commande ou à la réduction d'une turbulence intempestive appa raissant pendant le décollage et l'atterrissage sous lginfluence de la poussée verticale. On notera que l'aéronef décrit ci-dessus doit également être pourvu de petites tuyères disposées aux extrémités des ailes et de tuyères avant et arrière selon le besoin, lesdites tuyères pouvant être commandées par le pilote conformément à la technique antérieure de correction de lsattitude de l'aéronef ou de la commande assistée de la stabilisation de ce dernier au cours du décollage, de 1 atterrissage et des manoeuvres de vol. Il va de soi que de nombreuses modifications de détail peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, notamment par substitution de moyens techniques équivalentssans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONs 1. Aéronef ailé à grande vitesse horizontale, à déplacement vertical dont les centres ascensionnels de gravité et de poussée verticale coïncident, caractérisé en ce qu'il comprend un fuselage, des moyens moteurs pour engendrer des gaz de poussée horizontale et verticale, une structure à fente installée en dehors du fuselage longitudinalement de chaque côté de ce dernier et susceptible d'éjecter les gaz intérieurement en direction des surfaces inférieures du fuselage afin que lesdits gaz s'unissent pour former un courant de poussée longitudinal dirigé vers le bas et ayant un centre de poussée verticale en coïncidence avec le centre de gravité, une structure d'aile de configuration prédéterminée et un prolongement de ladite structure d'aile vers l'avant, s'étendant au voisinage de la structure à fente et dépla çant vers l'avant le centre ascensionnel de l'aile en coïncidence avec les centres de gravité et de poussée verticale, ledit prolongement et ladite structure à fente se conformant d'un point de vue aérodynamique à la forme de ladite aile au cours des phases de transition correspondant au décollage et à l'atterrissage. 2. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de tuyaux de raccordement conduisant les gaz de poussée depuis lesdits moyens moteurs extérieurs au fuselage jusqu'à la structure à fente, une aile logeant ladite structure à fente et des éléments de valve prévus sur les surfaces supérieure et inférieure de l'aile adjacente au fuselage pour l'admission d'air secondaire par les surfaces supérieures de l'aile au voisinage de la structure à fente, et pour l'éjection du mélange d'air secondaire et des gaz de poussée vers les surfaces inférieure s du fuselage de façon à former un courant de poussée s'étendant longitudinalement et dirigé vers le bas.