Brevet FR2367658A1 — publié le 19780512

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux structures d'aéronefs et plus particulièrement aux voilures de type biplan de ces structures. Etablir un aéronef, notamment d'un type commercial ou corporatif, qui puisse Autre exploité en toute sécurité sur des aires limitées, centre citadins et aéroports suburbains par exemple, a été et demeure un but à atteindre par ltindustrie avionnière. Dans cette perspective, l'industrie a étudié l'atterris sage et le décollage verticaux type d'aéronefs qui peut ttre dit "VTOL" (de l'anglais "Vertical Take Off and Landing") et l'atterrissage et le décollage courts, type d'aéronefs qui peut astre dit "STOL" (de l'anglais "Short Take Off and Landing"). Ce dernier concept d'aéronef reçoit maintenant l'attention de divers industriels après que le premier se soit révélé complexe tout en pré sentant certaines limitations de sécurité et de performance sur certaines aires d'envol. Dans la majorité des cas, un "VTOL" exploite une voilure tournante ou le principe d'un jet d'air inclinable pour la propulsion, voir par exemple le type British Harrier. De façon distinctive, un "STOL" utilise une aile "basse" et des moyens de propulsion plus des dispositifs de poussée verticale tels que des accroisseurs de poussée verticale, fentes et volets de grandes surfaces, afin d'assurer ainsi divers degrés de possibilité du STOL. Il est connu que le coefficient d'aspect, la "finesse' du profilage (qui défi nit le rapport de la force de portance à la force de résistance à l'air) joue un r8le important dans la conception des ailes d'aéronefs, Un planeur est conçu avec une voilure de très grande finesse alors quelle est seulement grande pour les avions de transport de passagers et marchandises de charge importante. L'accroissement de la finesse assure une trachée induite moindre et une poussée verticale plus grande à un angle d'attaque plus faible, tout en augmentant layon gueur de vol. Le même type d'appareil serait assez inefficace s'il avait une finesse d'aile moins poussée. Une aile de très faible coefficient d'aspect, de dessin approprié, donne une poussée et une traitée importantes à de grands angles d'atterrissage, mais cette trachée et cette poussée verticale sont faibles à des angles d'attaque faibles. Une aile de faible finesse est moins efficace qu'une aile à grande finesse pour les vols longue distance à grande charge mais une aile à faible finesse est très bonne pour les atterrissages d'approche abrupte où son angle d'attaque est très élevé. Chaque type d'aile a donc ses avantages et inconvénients. La présente invention vise un type d'aéronef STOL utilisant le principe du biplan en y associant certains des avantages d'une aile à grande finesse et d' une aile à faible finesse. L'aéronef est équipé d'une aile supérieure de position variable ou mobile et d'une aile inférieure fixe dotée d'accroisseurs de circulation. L'aile supérieure de ce biplane est montée pivotable sur des supports avant appropriés pour que l'aile puisse modifier son angle d'incidence vs à vis de la position de l'aile inférieure fixe. Cette disposition permet à l'aile supérieure de prendre, en des limites raisonnables et indépendamment de l'aile inférieure, toute position ou tout angle d'attaque qui se pourra désirée. La présente invention tend à augmenter la poussée verticale de l'aile inférieure fixe tant au décollage qu'à l'atterrissage par la création d'un effet de tunnel ou d'ajutage de l'air accéléré qui s'écoule à partir de l'aile à position variable en raison d'une modification réelle de l'angle d'attaque de cette aile mobile. L'aile fixe inférieure est d'un type à haute finesse alors que l'aile supérieure est d'un type à basse finesse. La possibilité d'ajustement de position de l'aile supérieure lui permet dlzetre déchargée par diminution de son angled' attaque de sorte que cette aile puisse flotter dans une certaine gamme de valeurs d'incidence du plus au moins et réciproquement.Cette disposition permet à l'aile supérieure de rechercher automatiquement l'incidence de trachée minimale tant en vitesse de croisière qu'en haute vitesse pour diverses charges totales de l'aéronef. Ainsi la plus grande partie de la poussée verticale totale est reportée sur l'aile fixe inférieure dont la travée induite est plus basse, ce qui accroît la charge d'aile de cette aile inférieure. L'aile supérieure, ainsi déchargée de la sustentation, n' opère principalement plus que comme support (nacelle) aérodynamique des moteurs et comme moyen d'assurer une stabilité directionnelle .Ce fait est important pour obtenir un vol uniforme et aisé aux grandes vitesses Un des objectifs que se fixe la présente invention est de prévoir un apéro~ nef ayant une aile inferieure fixe de grande portée ou envergure et une aile supérieure de portée plus brève ou de moindre envergure et dont la position est variable ou ajustable. La possibilité d'ajustement ou de déplacement en positif on de l'aile supérieure en relation avec l'aile fixe inférieure sert à assurer, au meme aéronef, des caractéristiques optima de vitesse de croisière et de haute vitesse plus des caractéristiques optima de transport de la charge et de décollage et d'atterrissage supracourt à faible vitesse.Le concept de bar se de l'invention assure ainsi un aéronef ayant des caractéristiques de décollage et d'atterrissage super lents, plus une vitesse de croisière anormalement élevée par chevalcvapeur avec de hautes possibilités de charge, plus encore une très grande sécurité. Pour exposer l'invention en son détail, on se reporte maintenant aux figures jointes, qui représentent: Fig. 1, une vue en élévation latérale d'un premier exemple d'aéronef incorporant une structure d'ailes selon la présente invention, Fig.2, une vue en élévation de face de l'aéronef de la Fiv.1, Fig.3, une vue en plan de dessus de l'aéronef de la Fig.l, Fiv,4, une vue en élévation latérale d'un autre exemple d'aéronef incor porant une modification de la structure d'empennage de celui de la Fig, 1, Fig.5, une vue en élévation de face de l'aéronef de la Fig.4, Fig.6, une vue en plan de dessus de l'aéronef de la Fig,4, Fig.7, une vue en élévation latérale dun autre exemple encore d'aéronef incorporant une modification de la structure d'empennage de la Fig. 1 > Fig.8, une vue én élévation frontale de l'aéronef de la Fig.7, Fig.9, une vue de dessus en plan de l'aéronef de la Fiv,7, Fig. 10, une vue de détail agrandie dsune partie de l'aile supérieure de l'aéronef de la Fiv.1, et, Fig. 11, une vue en élévation frontale agrandie de l'aile supérieure de la Fiv. 1. De ces exemples et de leur description peuvent se déduire sans plus toutes variantes d'exécution technologique entrant dans le cadre de l1invention. En se reportant à la Fig. 1, on voit un aéronef ayant un fuselage 10 pourvu d'un empennage de queue vertical classique 12, aileron vertical et gouvernail. Un aileron stabilisateur horizontal 13 est établi sur le nez de l'appareil et non, comme classique, dans l'empennage proprement dit* Le fuselage 10 est équipé d'une aile inférieure fixe 14 de haute finesse ou rapport (coefficient) de forme. Comme classique, de plus, le fuselage est doté d'une roue avant 16 montée sous la face inférieure de son nez et sous l'aile 14 sont montés les trains d'atterrissage usuels 18 La surface supérieure du fuselage 10 est équipée d'une paire de montants aérodynamiques 20 orientés vers le haut et disposés à peu près à mi- corde par rapport à l'aile inférieure fixe 14.Les montants font chacun un angle aigu avec la direction verticale du plan médian du fuselage 10 et de Paile 14 et sont fixés à leurs extrémités supérieures sous la surface inférieure d'une aile supérieure à basse finesse de profilage 22. Les fixations des montants 20 à l'aile supérieure 22 sont telles qu'elles permettent à l'aile de modifier sa position, de pivoter, par rapport à eux, comme indiqué sur les lignes en trait interrompu de la Fig. 10. Ce mouvement permet ainsi une incidence variable à cette aile supérieure 22, Les montants 20 sont de préférence établis aérodynamiques et ils sont fixés ou montés à charnières pivotantes sur cette aile 22 près de son centre de poussée verticale. La partie arrière de aile supérieure est pourvue d'un seul support aérodynamique 24 porté par le fuselage 10. Ce support 24 est capable de déplace ment vertical, donc d'un réglage ou ajustement en hauteur, à partir d'une comw mande hydraulique par exemple, telle par exemple qu'un dispositif à cylindre et piston d'entratnement et positionnement d'un arbre vertical.Le déplacement du support 24 fait pivoter l'aile supérieure 22 autour de ses montants de support 20 ce par quoi l'aile peut devenir de position variable en modifiant son angle d'incidence vis à vis de celle de l'aile inférieure fixe 14 et, par sa liaison pivotante aux montants 20, l'aile supérieure peut atteindre toute position ou tout angle d'attaque désiré indépendamment de l'attitude de l'aéronef. L'aile supérieure 22, comme montré sur les Figs.2 et 11 est relativement épaisse et de petite envergure avec des angles dièdres plutiqt grands. Cette forme d'aile s'étend du bord avant au bord arrière et elle est relativement vérifiée et compatiblepour les surfaces de dessus et de dessous de la cellule. Une telle configuration d'aile à envergure étroite et corde profonde et grand angle dièdre assure une moindre trachée à des vitesses correspondant à lamons tee et la croisière. Aux angles d'incidence hautement positifs, cette configuration assure aussi la création d'un certain type d'effet de trachée nécessaire à des atterrissages super lents. Une aile supérieure du type qui vient d'hêtre dét fini n'apporterait rien si elle n'était pas associée à une aile fixe 14 de plus grande envergure dans l'aéronef. La direction des forces de poussée verticale sur cette aile supérieure 22 est montrée en trait interrompu sur la Fig,ll, qui converge en un sommet situé sur la ligne centrale de llaéronefo Ceci constitue un facteur de stabilité qui prend une importance considerable lorsque l'aéronef voyage à des vitesses ultra-lentes. La forme de l'aile supérieure assure également un effet de "trémie" ou d'ajutage sur la surface supérieure qui contribue à une protection contre la perte de basse pression ou de vide partiel sur cette surface L'aile supérieure 22 est équipée d'une paire de moteurs 26 qui peuvent consister aussi bien en des réacteurs pour hélices que des turbo-machines à compresseur4 Ces mou teurs sont emboîtés ou encastrés dans l'aile et sont munis d'hélices 27.Comme représente sur la Fige3, les moteurs sont réciproquement reliés par leurs arbres au moyen d'une boite d'engrenage centrale 28 en sorte que, si l'un des moteurs tombe en panne , les deux hélices 27 continuent autre entratnées par l'autre. Le bord avant de l'aile supérieure 22 est aussi pourvu d'entrée s air 29 pour les moteurs 26, l'échappement s'effectuant par une sortie du bord arrière de l'aile pour accroftre encore les caractéristiques de poussée vertical cale de l'aéronef Au moyen du support ajustable 24, l'aile supérieure 22 est réglée à l'an gle d'attaque désiré pour établir et verrouiller l'angle d'incidence de l'aile à incidence véritable par rapport à la position de l'aile inférieure fixe pour des décollages courts et abrupts et pour une approche abrupte et de très courts atterrissages. Si l'aile supérieure a été ainsi mise en position pour le décolle lage, et que l'altitude de niveau de vol a été atteinte, alors l'aile supérieure 22 peut, par action du support 24, avoir son angle d'attaque modifié, à savoir diminué jusqu'a ce que cette aile soit déchargée de son roule de porteuse, ce qui sera la condition pour une performance optimum à haute vitesse et à vitesse de croisière.De cette manière, la plus grande partie de la poussée totale sera reportée sur l'aile fixe inférieure 14 qui a, elle, une finesse de profilage éle vée+ L'aile supérieure 22, par sa liaison pivotante aux montants de support avant 20 et son support de commande de position arrière 24, peut entre établie pour pouvoir flotter en une gamme d'incidences de, par exemple, 40 négatifs à 40 positifs en sorte que cette aile supérieure recherchera automatiquement la position d'attaque de trabée minimum selon ka charge de l'aéronef. Ainsi lorsque aéronef décolle et grimpe à l'altitude désignée, il est tout prwet pour faire route vers sa destination à vitesse de croisière en déchargeant l'aile supérieure de sa fonction sustentatrice Lorsque l'aile supérieure est déchargée par le pilote grace à la commande du support 24, cette aile recher- chera automatiquement son angle de traînée le plus faible pour un poids total de combustibles fret et passagers de lSaéronefç Alors l'aile supérieure peut é tablir sDwatti e de moindre tramée en coordination avec l'aile inférieure fixe et l'aéronef tout entier, dXoù une vitesse de croisière hautement efficace pour des charges en passagers et bet très fortement variable Lorsque l'aile supérieure atteint la position susdite, le pilote peut alors verrouiller la posi tion de l'aile par l'intermédiaire de la commande 24. Une fois ce verrouillages la plus grande partie de la sustentation sera transférée à l'aile inférieure de grande envergure 14 et sa charge réelle au fur et à mesure que décrottra celle de l'aile supérieure dlétroite envergure.En sa condition déchargée, l'aile 22 agit comme une nacelle aérodynamique en son profilage Lorsque l'aéronef apss proche d'un terrain d'atterrissage où il doit décharger du fret ou des passa- gers, l'aile supérieure est à nouveau réglée par le pilote à l'angle d'attaque correct pour l'atterrissage très courts ce qui modifie évidemment l'angle d'inc cidence de cette aile 22 par rapport à l'aile inférieure fixe 14 Si après l'at- terrissage, on embarque du combustible, ou une cargaisons ou si llon modifie la charge en passagers, le pilote, au décollage et à la montée à l'altitude désir rée, réajustera la position de l'aile supérieure pour que son attitude soit celle de trachée minimum après quoi il pourra la verrouiller comme susdit4 Sur les figures 4 à 6 est représentée une modification de l'aéronef des Figes 1 à 34 La modification réside en ce que l'aile supérieure de position va riable 122 ne présente pas de ligne de corde axiale à angles dièdres L'aile 122 est équipée d'une paire de moteurs 126 placés en des nacelles 128 propres à assurer un effet d'aérodynamisme bien que ces nacelles s'étendent au dessus et au dessous de l'aile. Les moteurs 126 sont pourvus d'hélices qui peuvent astre d'un type à haute poussée pour assurer la poussée maximale verticale à l'aéronef pendant la procédure de décollage court. Du fait que angle d'attaque élevé auquel l'aile peut betre commandée avec sécurité, la force élévatrice des hélices devient un facteur très appréciable car le courant d'air produit parles hélices s'écoule sur l'aile supérieure 122. La modification ou la variation de l'angle d'attaque de cette aile résultera dans la création dlun effet de tunnel ou de conduit vis à vis de l'aile inférieure fixe 14 d'où l'augmentation de la pous- sée verticale de cette dernière. Additionnellement, le flux de glisse en prouve nance des hélices 130 accélérera encore plus l'air qui se déplace à travers un tel ajutage et accroîtra en conséquence la poussée verticale de l'aile inférieu re, notamment en condition de décollage et d'atterrissage. L'aéronef etabli selon les Figs.7 à 9 est une autre variante, semblable sur de nombreux points à la structure des Eiigs.l à 3 du fait que l'aile supérieure 22 est établie avec les mimes angles dièdres. L'aéronef des Figs.7 à 9 est équipé d'une paire de réacteurs de propulsion 226 dans l'aile supérieure 22 où ils sont disposés dans des nacelles appropriées 32.L'aile supérieure entoure sensiblement les réacteurs 226 et 1' évacuation peut se faire directement au bord arrière 34 de l'aile 22 par des conduits aboutissant à des orifices d'échappe ment 36, Fig,9 En ce qui concerne les montants de support 20 de l'aile supérieure, dans les diverses formes qui ont été représentées, il est important que les points de pivotement ou les points de rotation de aile supérieure sur ces supports se trouvent au centre de poussée verticale pour une section donnée de la cellule de cette aile. Ceci peut facilement varier pour différentes sections de 25 à 5( de la de la corde longitudinale de l'aile. La nécessité d'avoir ce ou ces points au centre de poussée verticale de l'aile supérieure 22 (ou 122) devient clair lors qu'on réalise que, lorsque l'aile est déchargée et l'aéronef mis en pilotage automatique, si le point de liaison est en arrière ou en avant du centre de pous- sée verticale, l'aile supérieure en flottement libre exerceras à la vitesse de croisières un moment de basculement vers le haut ou vers le bas. Par suite si la condition d'une liaison à l'emplacement du centre de poussée susdit n'est pas réalisée, l'aile se "combattra" elle-mweme et l'aéronef, ce qui détruira le facteur de décharge automatique de l'aile exploité dans la présente invention. REVENDICATIONS. 1. - Aéronef ayant un fuselage et un empennage avec une aile inférieure fixe attachée à ce fuselage et une aile supérieure disposée parallèle à l'aile inférieure, caractérisé en ce que cette aile supérieure est reliée de façon pi; votable en son centre de poussée verticale à des moyens d'espacement portés par le dit fuselage, que des moyens de propulsion de l'aéronef sont portés par cette aile supérieure et que des moyens ajustables portés par le fuselage à une certaine distance de ces moyens d'espacement sont connectés à l'aile supérieure pour la décharger de la poussée verticale et de la traitée par un déplacement de plus ou moins quelques degrés autour de ce centre de poussée afin de transférer la plus grande partie de cette poussée verticale à l'aile inférieure et de réduire la travée totale de l'aile supérieure pour l'optimisation du vol à haute vitesse et à vitesse de croisière, 2. - Aéronef selon la revendication 12 caractérisée en ce que l'aile supé rieure est équipée de nacelles chacune logeant un moteur pour la propulsion de l'aéronef. 3. - Aéronef selon la revendffication 2, caractérisé en ce que ces moteurs sont pourvus d'hélices et l'aile supérieure est équipée d'un mécanisme dtarbr à entratnement réciproque et d'engrenage central pour que ces hélices continuent toutes à fonctionner en cas de panne d'un des moteurs. 4. - Aéronef selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'aile supérieure est pourvue de conduits d'échappement pour les moteurs vers son bord arrière afin d'accroitre la poussée verticale et la performance de l'aéronef. 5. - Aéronef selon la revendication 12 caractérisé en ce que l'aile supérieure est conformée avec une corde profonde et des angles diedres relative~ ment grands, s'étendant de l'avant jusqu1au bord arrière de l'aile. 6. - Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces moyens d'eJpacement de l'aile supérieure au fuselage consistent en une paire de moni tants séparés inclinés vers le haut sur les extrXemités desquels l'aile supérieure est connectée de façon pivotable en ce dit centre de poussée verticale. 7. - Aéronef selon la revendication 1 et la revendication 6, caractérisé en ce que ces moyens ajustables consistent en un support de hauteur ajustable distant de la dite paire de montants et connecté à l'aile supérieure au voisinage de son bord arrière pour régler la position relative de cette aile par rapport à l'aile inférieure fixe. 8. - Aéronef selon la revendication 7, caractérisé en ce que ce support de hauteur ajustable incorpore un mécanisme à cylindre et piston actionnable par la pression d'un fluide. 9. - Aéronef selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'aile supérieure est d'envergure moindre que l'aile inférieure et de finesse faible alors que l'aile inférieure est de grande finesse et en ce que le réglage de position qui modifie l'angle d'attaque de l'aile supérieure crée un effet d'accélération de l'écoulement de l'air er provenance de cette aile qui accroît la poussée ver- ticale de l'aile inférieure tant au décollage qu'à l'atterrissage de l'aéronef. 10. - Aéronef selon la revendication 7 caractérisé en ce que ce support permet à l'aile supérieure de rechercher automatiquement sa trachée globale minimum en vitesse maximale et en vitesse de croisière de l'aéronef. 11. - Aéronef selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit support permet à l'aile supérieure de flotter en une gamme étroite de positions angulaires positives et négatives pour l'ajustement automatique de sa position en travée totale minimum de l'aéronef,