Brevet FR2266631A1 — publié le 19751031

La présente invention eoncerne un dispositif diminuant la resis tance aérodynamique d'un objet se déplaçant par rapport a' l'air, et il est notamment destiné à être monté à l'extrémité avant du fuselage dtun adroplane pour atténuer les perturbations dues à l'air ambiant lors des vol8 supersoniques mais surtout des vols à des vitesses transsoniques. On sait que lorsqu'un aéroplane se déplace à une vitesse transsonique, un phénomène particulier, appelé conmunément " mur du son se produit. Ce phénomène se traduit par une explosion sonique violente susceptible de créer des dégtts au sol, et par des ondes de choc de " tête et de n queue n apparaîssant, respectivement, à l'avant et à arrière du fuselage de l'aéroplane, ainsi qu'au niveau des ailes. Ces ondes de choc génératrices d'une brusque augmentation de la résistance aérodynamique s'opposent à la force propulsive développée par les moteurs et sont donc particulièrement gênantes. Les solutions au problème du franchissement de la vitesse du son ont été cherchées dans l'adaptation des formes aérodynamiques des aéroplanes aux conditions particulières d'écoulement de l'air à cette vitesse. Cependant, les formes les plus adaptées aux vitesses transsoniques ne le sont pas nécessairement aux vitesses supersoniques, et un com- promis est toujours nécessaire, qui nuit aux performances obtenues dans le domaine du vol supersonique et subsonique. L'invention a pour but de fournir un dispositif qui permette d'atténuer notablement les effets de résistance aérodynamique sur un aéroplane lors des périodes de vol aux vitesses transsoniques et su personiques, sans adaptation particulière de la forme aérodynamique de l'aéroplane de manière à pouvoir rendre celle-ci optimale pour les conditions normales de vol. Un autre but de l'invention est, d'une part, de fournir une poussée additionnelle pendant le vol transsonique et supersonique, et principalement d'autre part, de réduire la résistance aérodynamique de l'air ambiant, ce qui accroit l'efficacité du système principal de propulsion. Mais, le plus important, est que le dispositif selon l'invention permet de diminuer et même d'éliminer la violente explosion sonique qui se produit lorsque l'avion franchit le mur du son. Ce résultat est obtenu par un dispositif selon l'invention qui, d'une part, "percez l'air, et d'autre part, crée un écoulement a'air à vitesse élevée autour du fuselage de l'aéroplane, ce qui se traduit par la formation d'un poussin d'air faisant écran entre les ondes. de choc, l'air ambiant, et le fuselage. Ce dispositif permet enfin de réaliser de nouveaux types de fuselage dont la forme aérodynamique répond aux conditions de vol tant subsoniques que transsoniques et supersoniques. Le dispositif aérodynamique selon l'invention comporte un corps externe dénommé " enveloppe ", disposé, avec un certain intervalle, autour d'un corps solidaire de l'extrémfté avant du fuselage d'un aéroplane, dans le prolongement de ce fuselage, ladite " enveloppe " comportant au moins une ouverture constituant une entrée pour le passage de l'air dans ledit intervalle, et des moyens d'accélération de cet air au cours de son passage dans cet intervalle. Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens d'accélération comprennent un rétrécissement dudit intervalle 9 partir de ladite ouverture. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens d'accélération comprennent successivement, à partir de ladite ouvérture, des moyens de compression, an moins une chambre de combustion d'un mélange d'air et de combustible, et des moyens de détende et d'écoulement de ce mélange, ledit dispositif comportant des moyens connus en soi pour alimenter la chambre de combustion en combustible. L'invention va eAtre maintenant décrite plus en détail en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 est une vue schématique d'un aéroplane muni d'un dispositif selon l'invention. La Fig. 2 est une vue en perspective, avec arrachements partiels, d'un dispositif perfectionné selon l'invention La Fig. 3 est une vue de dessus schématique d'une partie du dispositif de la Fig. 2. Si l'on se réfère d'abord à la Fig. 1, on voit un aéroplane 1 dont l'extrdmitd du fuselage comporte un dispositif 2 selon l'invention. Ce dispositif 2 comprend un corps externe rotatif 3 dénommé enveloppe, et au moins un corps interne 6 fixe présentant entre eux un intervalle ok l'écoulement de l'air est accéléré d'une part, pour fournir une poussée additionnelle, mais surtout pour envelopper le fuselage de l'aéroplane 1. Aux vitesses transsoniques et supersoniques cet écoulement d'air faisant écran entre l'air ambiant et le fuselage, dtune part, amortit les ondes de choc, et d'autre part, diminue la résistance aérodynamique opposée mme aux vitesses normales. la résistance aérodynamique ainsi diminuée, l'effort à fournir pour la propulsion est moindre et les moteurs principaux ont ainsi une resserve de puissance qui permet d'augmenter la vitesse de l'aéroplane proportionnellement à la diminution obtenue de la résistance de l'air. I1 en résulte une économie de l'énergie consommée. Les Fig. 2 et 3 montrent un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention, constitué par un turboréacteur d'un type nouveau, de torn tronconique, dont le rotor est externe et le corps fixe interne. Le dispositif 2 comporte un rotor ou corps rotatif,dénommé enveloppe 3, de forme tronconique, monté autour d'un corps fixe 6 comportant un corps avant 6a de forme tronconique solidaire, avec un corps arrière 6b également de forme tronconique, d'un arbre central fixe 4. Ce dispositif a l'avantage de pouvoir être monté à l'extrémité axant du fuselage de l'aéroplane 1, ce qui n'est pas possible avec les turboréacteurs classiques. L'enveloppe 3 porte un élément à ailettes annulaire 5, des aubes mobiles 8 de compresseur, et des aubes mobiles 9 de turbine, tandis que le corps avant 6a porte les aubes fixes 10 correspondantes de compresseur. L'extrémité tronquée de l'enveloppe 3 est ouverte, et constitue une entrée d'air 12 pour les ailettes 5, le compresseur 8, 10, la section de ce dernier étant décroissante du fait que le corps avant 6a de forme tronconique présente un angle d'owwarture plus grand que l'enveloppe 3. Le corps g est muni à sa base d'un élément annulaire constitué par un anneau 13 comportant des ouvertures constituant des entrées d'air prin cipales 14. Chaque entrée d'air 14 est réunie par une conduite d'air principale 15 à une chambre de combustion 16 de forme cylindrique. Selon un autre mode de réalisation l'anneau 13 peut être remplacé par un corps de forme torique avec section trapézoïdale. Il y a au moins une entrée d'air 14 et la conduite d'air 15 relie le corps torique (chambre de compression) à la chambre de ccm.bustion 1. les chambres 16 sort nettement inclinées par rapport à la direction de l'arbre 4 et se chevauchent autour de ce dernier, à l'intérieur, antre les corps 6a et 6b. Un distributeur 18 de forme évasée prolonge chaque chambre de combustion 16, et débouche au-dessus des aubes mobiles de turbine 9, entre l'enveloppe 3, et le bord supérieur du corps arrière 6b Des cloisons garnissent chaque distributeur 18 pour canaliser les gaz sortant de la chambre 16, constituant ainsi des aubes distributrices 19 coopérant avec les aubes mobiles 9 de forme appropriée Les distributeurs 18 sont Juxtaposés au-dessus de la turbine 9 de manière à former une couronne distributrice continue. Derrière la turbine 9 est disposé une tuyère 20 constituée par des déflecteurs 19a en forme de V répartis côte à côte sur la périphérie du corps arrière 6b, leur pointe tant dirigée du côté des aubes mobiles 9 et leurs bords ménageant entre eux un espace en forme de venturi sur lequel repose une couronne 20a continue ou couvrant seulement l'espace 21a de venturi et constituant un prolongement fixe de l'enveloppe rotative 3. Selon un autre mode de réalisation, cette tuyère 20 est constituée par des déflecteurs 19b répartis perpendiculairement sur la périphérie du corps arrière 6b et par une couronne 21, présentant intérieurement une forme convexe, appuyée @ et par une couronne 21, presen@ant @n@er@eurement une @@@@@@ @@nvexe, app@@@@ contre les déflecteurs 19b, ménageant entre eux un espace en forme de venturi et constituant extérieurement un prolongement fixe de l'enveloppe rotative 3. Un bouclier thermique 22 de forme tronconique est fixé, derrière le corps arrière 6b, à des bras radiaux 23 solidaires d'un moyeu 24 monté sur l'arbre fixe 4, ce dernier étant creux. L'arbre 4 est aussi le point de fixation entre le dispositif et le fuselage. Le corps arrière 6b est lui-même fixé aux extrémités de ces bras 23 tandis que l'espace compris entre son bord inférieur et le bouclier thermique 22 constitue une sortie d'air secondaire De même, le corps avant 6 est rendu solidaire de l'arbre 4, par l'intermé- diaire d'un moyeu 25 autour duquel tournent les ailettes 5 du côté de l'entrée d' air 12, et par un moyeu et des bras (non-représentés)-du côté de sa base. La na- roi du corps avant 6a comporte, derrière les aubes fixes 10 de compression, des ouvertures constituant des entrées d'air sécondaires 26. Uné conduite d'air se condaire 27,disposée entre chaque ouverture 26 et une chambre de combustion 16 comporte,à proximité de l'ouverture 26,un coude dans lequel est également pratiquée une ouverture 28.Un volet 29 à commande hydraulique peut eAtre manoeuvré pour ouvrir ou fermer l'une des ouvertures 26 et 28, grâce auxquelles l'air secondaire peut être dirigé alternativement ou simultanément dans la chambre de combustion ou à l'intérieur du corps fixe 6a et 6b pour les refroidir. Des ouvertures axiales 30 sont également ménagées dans le moyeu 25 entre l'entrée d'air 12 et l'intérieur du corps avant 6 & Un disque cranté extérieurement 31, solidaire en rotation d'un arbre canelé 32 monté coulis sant et rotatif dans l'arbre fixe 4 peut être manoeuvré par l'intermédiaire de l'arbre 32 pour commander l'ouverture ou la fermeture, totale ou partie778 des entrées d'air auxiliaires 30. L'arbre 32 porte une tette 33 conique prolongée par une tige 33a, et destinée à venir fermer totalement l'entrée d'air 12 lorsque le dispositif 2 n'est pas utilisé. Lorsque ce dernier fonctionne, cette tête 33 peut hêtre positionnée convenablement, pour équilibrer la quantité d'air entrant par l'ouverture, Par coulissement de l'arbre 32, entre la position de fermeture et la position d'appui contre le moyeu 25. L'enveloppe 3 est montée rotative autour des corps % principalement par deux roulements disposés,l'un 7 autour de l'anneau 13, et l'autre 7a autour du moyeu 25 entre celui-ci et les ailettes annulaires 5. Des suspensions par coussin d'air 7b (non représentées en détail) sont disposées entre l'extrémité des distributeurs 18, la turbine 9 et l'intérieur de l'enveloppe 3 correspondante. L'enveloppe 3 comporte des anneaux d'équilibrage 34 dans lesquels peuvent coulisser des masselottes mobiles 35 destinées à son équilibrage dynamique, un démarreur dont seule la couronne 36 est représentée, et un dispositif de freinage comprenant un tambour 37 et des sabots 38. L'ensemble du dispositif d'alimentation en carburant n'a pas été représenté et ne sera pas décrit car il est de mebme type que celui équipant les turboréacteurs classiques, bien connus dans l'art antérieur. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est également semblable à celui des turboréacteurs classiques. Toutefois en plus des différences de forme et de conception mentionnées ci-dessus, ce dispositif expulse des gaz brillés périphériquement, laissant un vide à l'intérieur, tandis que les turboréacteurs classiques les rejettent centralement. De ce fait les turboréacteurs classiques sont obligatoirement montés sur le côté ou l'arrière du fuselage, ou sur les ailes. Par contre, 5 emplace- ment optimal de ce dispositif est à l'avant du fuselage, ce qui est totalement impossible pour les turboréacteurs classiques. Des différences existent aussi au niveau de l'utilisation puisque le dispositif 2 est auxiliaire. La mise en service est en général effectuée en vol subsonique, la tEte ) ) obturant l'entrée d'air 12 étant rétractée à l'aide de l'arbre 32 dans la position convenable. L'entraînement de ltenveloppe 3 a lieu automatiquement} puisque l'air ambiant arrive à vitesse élevée à travers les ailettes annulaires 5 dans le comprèsseur 8, 10, sans le secours du démarreur 36 qui ne présente d'intéreAt que pour le démarrage au sol. L'air comprimé dans le compresseur 8, 10 est envoyé dans les chambres de combustion 16 par les conduites principales 13, et éventuellement par les conduites auxiliaires 27. De l'air peut également eAtre envoyé à l'intérieur du corps 6a par les ouvertures 28 et 30 pour refroidir le dispositif de combustion. les gaz brûlés dans les chambres de combustion 16, à la sortie des aubes de distribustion 19, se détendent dans l'ensemble d'aubes 9 de turbine et s'échappent à travers la tuyère 20 (19a, 20a; 19b, 21). L'extrémité avant du fuselage est protégée de ces gaz à haute température par le bouclier thermique 22 et par le courant d'air provenant des ouvertures 28 et 30, qui, en sortie, entre la base du corps 6b et le bouclier thermique 22, refroidit les gaz s'échappant de la tuyère 20. Ces gaz sont également refroidis, avant éjection, par ce courant d'air secondaire et par de petites perfora b @@@@@@@@ dont le corps 6 et le bouclier 22 sont munis sur toute leur surface et qui permettent des échanges thermiques importants à travers leurs parois Une poussée additionnelle est ainsi procurée à l'aéroplane 1 tandis que l'écoulement de gaz enveloppe le fuselage, atténuant ainsi les ondes de choc produites en régime transsonique. De plus, la résistance aérodynamique opposée à l'aéroplane dans sa pénétration de l'air ambiant aux vitesses supersoniques est diminuée. Cependant, le dispositif selon l'invention n'est pas limité au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Selon un autre mode de réalisation de 11 invention, le dispositif 2 est un turboréacteur qui, à la différence de l'exemple de réalisation représenté aux Fig. 2 et 3, ne comporte qu'un seul corps interne 6, une ou plusieurs chambres de combustion se trouvant disposées dans l'interne valle entre ce corps 6 et l'enveloppe 3. Dans leur ensemble les autres caractéristiques dTun turboréacteur de ce type sont analogues à celles du premier mode de réalisation décrit. Selon un mode de réalisation simplifié, le dispositif est un statoréacteur dans lequel l'extrémité du corps 6 joue le raie de diffuseur. Les corps avant 6a et arrière 6b forment un corps unique 6, et l'inter- valle entre ce corps 6 et l'enveloppe 3 constitue successivement, à partir de itouverture 12, des moyens de compression au niveau du diffuseur, une ou plusieurs chambres de combustion d'un mélange d'air et de combustible, et des moyens de détente de ce m6lange. Le dispositif ainsi réalisé comporte également des moyens, connus en soi, pour alimenter la ou les chambres en combustible. Les moyens de détente peuvent être obtenus en réalisant un rétrécissement de cet intervalle, ou par tout autre dispositif approprié, comme celui déjå décrit pour le mode de réalisation de la Fig. 2. Selon un autre mode de réalisation le point de fixation 4 de ce dispositif avec le fuselage peut être règlable par un système de rotule afin que le dispositif puisse être orienté pour une meilleure pénétration de l'air ambiant ou une plus grande manoeuvrabilité de l'appareil aux vitesses transsoniques ou supersoniques. REVENDICATIONS I - Dispositif aérodynamiqlle pour aéroplane, caractérisé en ce qu'il comporte un corps externe dénommé enveloppe(3)disposé, avec un certain intervallefi autour d'un corps (G) solidaire de l'extrérfté avant du fuse- lage de cet aéroplane, dans le prolongement de ce fuselage, ladite enveloppe comportant au moins une ouverture (12) constituant une entrée e pour le passage de l'air dans ledit intervalle, et des moyens d'accélération de cet air au cours de son passage dans cet intervalle. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'accélération comprennent un rétrécissement dudit intervalle à partir de ladite ouverture (12). 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'accélération comprennent successivement, à partir de ladite ouverture (12), dessoyens de compression, au moins une chambre de combustion d'un mélange d'air et de combustible, et des moyens de détente et d'écoulement de ce mélange, ledit dispositif comportant des moyens connus en soi pour alimenter la chambre de combustion en combustible. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de détente comprennent un rétrécissement dudit intervalle. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de compression comprennent un diffuseur constitué par l'extrémité dudit corps (6). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca caractérisé en ce que ladite enveloppe (3) et ledit corps (6) sont de révolution, ladite enveloppe (3) étant montée rotative autour dudit corps (6). 7 - Dispositif selon les revendications 3 et 6 prises ensemble, caras- térisé en ce que lesdits moyens de compression comprennent des aubes fixes (10) portées par ledit corps (6), ainsi que des ailettes annulaires (5) et des aubes mobiles (8) portées par ladite enveloppe (3). 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une turbine disposée dans ledit intervalle, entre ladite chambre de combustion et lesdits moyens de détente, ladite turbine comprenant au moins un ensemble d'aubes distributrices fixes (19) disposées devant une couronne d'aubes mobiles de turbine (9). 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite chambre de combustion est disposée dans ledit intervalle. 10 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit ledit corps (6) comporte un corps avant (@) et un corps arrière (@), le corps avant (6a) comportant, derrière les ailettes annulaires (5) et les moyens de compression (8,10), un élément annulaire (13) formant un palier étanche avec une partie annulaire correspondante de l'enveloppe (3) et dans lequel est ménagée au moins une entrée d'air principale (14) pour ladite chambre de combustion (16) disposée à l'intérieur du corps avant et et prolongée par un distributeur de gaz (18) dans lequel sont disposées lesdites aubes distributrices (19) et qui débouche devant lesdites aubes mobiles (9) de turbine, entre ledit corps avant (6 ) et ledit corps arrière (6b). ll - Dispositif selon la revendication 1% caractérisé en ce que ledit corps avant (6a) comporte dans sa paroi au moins une entrée d'air secondaire (26), réunie à une conduite d'air (27) débouchant dans ladite chambre de combustion (16),et vers l'intérieur du corps fixe (6) par une ouverture (28) réglable, comme l'entrée d'air (26), par un volet (29). 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend plusieurs chambres de combustion (16) reliées chacune à au moins une entrée principale (14) par une conduite (15) et à une entrée secondaire (26) par une conduite (27). 13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que ledit corps avant (6a) comporte au moins une entrée d'air auxiliaire (30) à ouverture règlable par un disque cranté (31) solidaire en rotation d'un arbre canelé (32), entre ladite ouverture (12) et l'intérieur dudit corps (6a dans un moyeu (25). autour duquel tournent les ailettes annulaires (5). 14 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de détente (20) comprennent des deflec teurs (19 ) en forme de V fixés sur la périphérie du corps arrière (6b) et maintenus par une couronne (20a), leurs bords ménageant entre eux un espace t21a) en forme de venturi couvert par une partie de la couronne 15 - Dispositif selon lune quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de détente (20) comprennent des déflecteurs 19b répartis côte a côte et fixés, perpendiculairement, sur la périphérie du corps arrière (6b), une couronne (21) présentant intérieurement une forme convexe étant appuyée contre des déflecteurs (19b) qui ménagent entre eux et le corps fixe (6 ) un espace en forme de venturi, la couronne (21) constituant extérieurement un prolongement fixe de l'enveloppe rotative (3). 16 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit corps (6) est solidaire d'un arbre fixe (4) monté à l'extrémité avant du fuselage dudit aéroplane, cet arbre fixe (4) constituant le moyen de fixation entre le dispositif et le fuselage. 17 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications i à 9, caractérisé en ce que ledit corps (6) est de forme à peu près conique et ladite enveloppe pe (3) de forme à peu près tronconique. 18 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que ledit corps avant (6a) est de forme à peu près conique, ladite enveloppe (3) et ledit corps arrière (6b), pourvu de petites perforations 17, étant de forme tronconique. 19 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 18, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) est montée rotative autour du corps fixe (6) par deux roulements (7) et (7a) et au moins une suspension par coussin d'air (7b). 20 - Dispositif selon les revendications 16 et 17 ou 16 et 18, caractérisé en ce que l'extrémité avant dudit corps (6) de forme conique est une tete de forme conique (53) prolongée par une tige (33a3 et mobile en translation solidairement avec un arbre canelé (32) monté rotatif et translatif dans ledit arbre (4), ce dernier étant creux, et cette tête (33) étant adaptée pour fermer l'ouverture (12) de l'enveloppe (3), à peu près dans le prolongement de celle-ci. 21 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 20, caractérisé en ce que l'enveloppe (3) comporte des anneaux d'équilibrage (34) dans lesquels peuvent coulisser des masselottes mobiles (35) destinées à son équilibrage dynamique. 22 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un bouclier thermique (22) avec de petites perforations (17) est monté derrière ledit corps (6) devant l'extrémité du fuselage dudit aéroplane, de manière à ménager avec celui-ci un espace annulaire. 23 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte des moyens auxiliaires de démarrage (36) et des moyens de freinage (37, 38).