Brevet FR2401061A1 — publié le 19790323

La présente invention concerne un fuselage aérodynamique tel que celui d'un avion à moteur ou d'un planeur. L'invention a pour but de créer un fuselage aérodynamique ayant une forme en plan à symétrie bilatérale, comprenant une section avant de forme en plan à peu près triangulaire et à profil d'aile en vue de côté, une section arrière située en arrière de la section avant et à profil d'aile en vue de côté ainsi que deux panneaux latéraux qui s'étendent transversalement par rapport â l'axe du fuselage dans des directions opposées à partir de la section arrière, chacun de ces panneaux latéraux étant de longueur progressivement croissante, dans la direction transversale à l'axe du fuselage, depuis sa partie la plus antérieure en direction de l'arrière jusqu'au moins la moitié de la distance allant jusqu'a' sa partie située le plus à l'arrière, chaque panneau latéral étant à profil d'aile en vue de côté. Un fuselage aérodynamique de ce type peut prendre la forme d'un planeur sans moteur mais est particuliérement avantageux pour un avion à moteur. Dans les avions classiques, la portance provient de l'utilisation d'ailes. Une aile est une structure de forme profilée qui donne la portance à l'avion du fait de la réaction au flux d'air relatif produit autour de ses surfaces. Le flux d'air relatif produit autour des surfaces qui est nécessaire au vol est habituellement fourni au moyen de moteurs qui propulsent l'avion vers l'avant à travers l'air ambiant. En l'absence de ce mouvement vers l'avant, aucun flux d'air n'est produit et il n'y a pas de portance. On augmente habituellement la portance de l'avion en utilisant des moteurs auxiliaires tels que ceux de type JATO qui fournissent une poussée additionnelle à la poussée normale de décollage fournie par les moteurs principaux de l'avion. Ces moteurs sont source de gaspillages, car la portance supplémentaire provient de l'augmentation de ltaccélération de l'avion, provoquée par une poussée additionnelle, elle-même fournie par la combustion rapide d'importantes quantités de carburant, plutôt que par une application plus efficace de principes aérodynamiques. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on place à l'carrière du ch ssis un moteur à écoulement de masse, comme un moteur à réaction ou un dispositif de propulsion à écoulement de masse élevé. Les conduits d'admission d'air du moteur sont placés de manière à produire un flux d'air autour de la structure antérieure et ainsi à fournir de la portance. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, en regard des dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue de côté d'un avion selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - la Fig. 2 est une vue de caté partiellement arrachée d' un avion selon un autre mode de réalisation de l'invention; - la Fig. 3 est une vue en plan de l'avion représenté sur la figure 1 montrant des diagrammes caractéristiques d'écoulement d' air lorsque l'avion est stationnaire avec le moteur en fonctionnement; - la Fig. 4 est une vue de face de l'avion représenté sur la figure I; - la Fig. 5 est une vue de l'arrière de l'avion représenté sur la figure 1;; - les Fig. 6A et 6B sont des coupes longitudinales prises selon la ligne 6-6 de la figure 3, montrant l'écoulenent d'air autour des panneaux externes de l'avion de cette figure, pendant le fonctionnement selon deux modes d'utilisation; - la Fig. 7 est une vue en plan schématique d'un avion selon 1'invention, représentant des paramètres dimensionnels. La figure 3 représente en plan un avion 10 selon un mode de réalisation préféré de l'invention. L'avion 10 comprend une section avant 12 de forme en plan généralement triangulaire et une section ar rière 24 qui reçoit un moteur 26 (voir Fig.2). La section avant 12 constitue le fuselage principal et a une section en profil double avec une surface supérieure 16, s'étendant depuis le nez 18 jusqu'au bord de fuite postérieur 20, et un dessous 22 qui va du nez 18 au bord de fuite 20. La section avant 12 présente ainsi une surface à profil d'aile en coupe longitudinale. S'étendant de chaque côté de la section arrière 24, on trouve les panneaux externes droit et gauche 14, 15 & profil d'aile portante. Comme représenté sur les figures 3, 4 et 5, les panneaux externes 14, 15, sont respectivement divisés par les lignes d'articulation 114, 115 divisent les panneaux externes 14, 15 en régions internes droite et gauche, respectivement 124, 125 et en régions externes droite et gauche, respectivement 134, 135. Les régions externes 134, 135 peuvent être déplacées angulairement, comme représenté sur la fi gure 4, au moyen d'un dispositif adéquat, pour permettre de commander le vol. S'étendant au-delà du bord de fuite postérieur des panneaux externes 14, 15, on trouve les gouvernes de profondeur 46 et les élevons 48 et, s'étendant depuis la section avant 12, une queue de canard 52 (éventuellement rétractable a' de hautes vitesses) qui permet le contrôle du roulis et du tangage d'une manière classique. Le con trolle de l'embardée est effectué a' l'aide d'un gouvernail 50 monté sur un empennage vertical 34. L'air est introduit dans le moteur à écoulement de masse 26 par un orifice d'admission d'air 28-et sort du moteur 26 par un orifice d'échappement 30. Le moteur à écoulement de masse 26 peut ê- tre un turbo-réacteur, un stato-réacteur, ou un dispositif de propulsion à écoulement en masse élevé, ou tout autre moteur où un certain volume d'air est introduit puis renvoyé par l'orifice d'échappement 30. Plusieurs moteurs 26 peuvent aussi être utilisés. L'orifice d'admission d'air 28 reçoit de l'air par les ouvertures primaires d'admission d'air respectivement supérieure et inférieure 38 et 40, l'air provenant des ouvertures 38 et 40 étant amené à l'orifice d'admission d'air du moteur 28 par les conduits 42, 44. L'air est chassé hors de l'avion par un orifice d'échappement terminal 32. Le flux d'air amené au moteur & écoulement de masse 26 dans la section arrière 24 peut être augmenté en utilisant un certain nombre d'admissions d'air latérales 27 dont celle qui est située le plus à l'arrière devrait être placée légèrement en avant du bord de fuite postérieur 20 de la section avant 12. Comme on peut le constater, la section arrière 24 présente un profil d'aile portante avec un extrados 23 et un intrados 25. La section avant 12 de l'avion 10 comporte un poste de pilotage 33. Le mode de fonctionnement de Avion 10 sera maintenant décrit plus en détail. Comme il a été indiqué, la section avant 12 présente en coupe transversale une surface d'aile portante. D'une façon classique, ceci est réalisé en permettant à l'air de circuler sur la surface supérieure 16 à une vitesse plus grande ou avec un débit-mas- se plus élevé que sous la surface inférieure 22, de manière à créer une portance par les forces différentielles appliquées sur la section avant 12 selon les relations bien connues de Bernoulli. Deux modes de réalisation possibles de cet écoulement d'air sont représentés par les figures 1 et 2.Sur la figure 1, la longueur cintrée effective de la surface inférieure 22 est inferieure à celle de la surface supérieure 16, c'est-à-dire que la surface inférieure est plus plate que celle d'un avion normal. La Fig. 2 représente une autre disposition possible où l'on a une section symétrique et où le profil d'aile portante est obtenu en manoeuvrant les commandes de stabilisation horizontale de l'avion au cours du vol ou en utilisant le train d'atterrissage avant (non représenté) lorsque l'avion est au sol, de façon à ce que la section avant 12 (et donc l'avion 10 tout entier) se dresse vers le haut, augmentant ainsi l'angle d'attaque et créant une surface portante "vir tulle" Dans ce domaine, un profil de ce type est bien connu, ainsi que le fait de diminuer l'angle d'attaque de la section avant 12 par rapport au vecteur-vitesse dirigé vers l'avant lorsque la vitesse de l'avion augmente.De ce fait, il est donc clair que l'écoulement d'air sur la section avant 12 créera une force dirigée vers le haut tendant a' soulever l'avion. Sur la figure 3, on voit que ltécoulement d'air produit par le moteur å écoulement de masse 28, et qui est représenté sur cette figure par des flèches, passe sur la section avant 12 et, du fait du profil d'aile portante de cette section avant 12, fait nai- tre une force portante appliquée sur la section avant 12 même lorsque l'avion est stationnaire, pendant que le moteur 26 est en fonctionnement.Cette portance est indépendante du déplacement vers l'avant de l'avion, bien que la portance créée par la section avant 12 de l'avion soit augmentée lorsque l'avion accroît sa vitesse, du fait du déplacement relatif de l'air et de la section avant 12 de l'avion. C'est cette caractéristique qui fait naître la portance nécessaire pour permettre une basse vitesse et donc une piste courte, des décollages et des atterrissages sur de faibles distances, en améliorant fortement le comportement à basse vitesse de l'avion. On doit remarquer que ce résultat n'est pas obtenu par l'emploi d'une poussée accrue produite par la consommation d'une grande quantité de carburant, mais plutôt grâce å l'application efficace de principes aérodynamiques au fonctionnement normal du moteur 26. La disposition des ouvertures d'admission 38, 40 et des admissions latérales 27 est délibérément choisie de manière & augmenter l'écoulement d'air sur la section avant 12 de l'avion du fait du vide partiel créé par le moteur sur les ouvertures et les admissions, afin d'obtenir la portance maximale possible. Lorsque l'avion se déplace, les panneaux externes 14, 15 fournissent une portance classique de type aile qui augmente celle fournie par la section avant. Comme on peut également le voir, la section arrière 24 présente une forme d'aile portante. Lorsque l'avion 10 se déplace, l'é- coulement d'air qui se produit sur l'extrados 23 et l'intrados 25 fait naître la portance d'une manière classique. On peut donc considérer que l'association de la section avant 12 et de la section arrière 24 constitue un plan central intégré de l'avion 10. Lorsque l'avion est stationnaire avec ses moteurs 26 en fonctionnement, seule la structure avant fournit la portance. Cependant, lors de tout mouvement vers l'avant de l'avion, la section avant et la section arrière fournissent ensemble la portance en constituant un plan central aérodynamique. La portance produite par ce système est également accrue, lors du déplacement vers avant de l'avion, par la portance classique fournie par le déplacement vers lea- vant des panneaux externes 14, 15 & profil d'aile à travers l'air ambiant, ce qui permet le décollage et l'atterrissage sur de courtes distances.L'avion se compose d'un fuselage portant aérodynamique unitaire ayant une forme d'aile avec un plan central comprenant, en série, la section avant 12 et la section arrière 24 ainsi que les panneaux externes 14, 15. L'utilisation de l'écoulement d'air dans le moteur 26 permet d'avoir un moteur de puissance moindre pour une capacité équivalente au décollage et & l'atterrissage. Cette diminution de puissance entrai- ne une économie de carburant ainsi qu'unie augmentation de la charge payante et du rayon d'action. Pendant le vol à de basses vitesses, l'avion 10 a une ma niabilité et des performances améliorées. Outre 1'accroRssement de l'écoulement d'air autour de la section avant 12, la configuration de cette réalisation augmente l'écoulement d'air autour des panneaux externes 14 et 15, car le déplacement de l'air entrant dans les ouvertures d'admission 38, 40 et les admissions latérales 27 provoque, du fait de la viscosité de l'air et d'autres facteurs, un écoulement général d'air sur tout l'avion 10. L'écoulement d'air accru sur les panneaux externes 14, 15, rend le fonctionnement a basse vitesse équi valent du fonctionnement aux vitesses élevées d'un avion classique. Les surfaces de commande comme les gouvernes de profondeur 46, les élevons 48 et la queue de canard 52 permettent le contrôle du roulis et du tangage. L'avion ayant une section avant 12 de profil à peu près symétrique, ces surfaces de commande produisent l'inclinaison nécessaire de l'appareil pour obtenir la surface portante virtuelle souhaitée durant le vol pour la disposition représentée sur la figure 2. A des vitesses relativement faibles, la circulation d'air sur la section avant 12 peut ne pas se maintenir sur toute la longueur de l'avion 10, du nez 18 jusqu'aux bords de fuite 60 des panneaux externes 14, 15. Pour empêcher cette interruption de l'écoulement, des fentes 54 à peu près transversales peuvent être prévues dans les panneaux externes, comme représenté sur la figure 3. Les fentes 54 font communiquer l'intrados et l'extrados des panneaux externes. Les fentes 54 peuvent être obturées par des plaques coulissantes 55. Cela peut être effectué sur l'ordre du pilote, par exemple en manoeuvrant un dispositif de commande hydraulique; elles peuvent aussi être refermées automatiquement lorsqu'un mécanisme approprié est mis en marche par un signal provenant d'un dispositif sensible & BR & la vitesse. Les fentes 54 étant fermées, l'écoulement d'air sur les panneaux externes 14 (et 15) est â peu près celui qui est représenté sur la figure 6A. Lorsqu'elles sont ouvertes, l'écoulement d'air est divisé en deux écoulements consécutifs pratiquement aérodynamiques (en reconstituant ainsi l'écoulement d'air "stagnant"), comme représenté sur la figure 6B Ainsi, lorsque les fentes sont ouvertes, l'avion 10 devient, en réalité, un "biplan en ligne". Une telle configuration produit donc une portance encore plus grande et devient particulièrement avantageuse lorsque l'avion vole å faible vitesse. Alors que le mode de réalisation préféré de l'invention est un avion & moteur 10 (ce terme englobe, bien entendu, les avions miniatures, les engins télécommandés, etc...), l'invention peut aussi être mise en oeuvre dans d'autres appareils. Elle peut être par exemple utilisée comme dispositif d'augmentation de la portance. En effet, un dispositif de ce type peut être une simple version miniaturisée de l'avion 10 décrit ci-dessus,sans poste de pilotage 33 ni pilote. Un tel dispositif peut être incorporé å un avion conventionnel ou relié & celui-ci par transmission de force (par exemple au moyen d'un bâti de suspension rigide), ou même à un avion 10 selon le mode de réalisation préféré de l'invention. De plus, un dispositif de ce type pourrait fournir une portance supplémentaire à un avion (c'est- & dire en tant que dispositif d'augmentation de la portance) dépourvu de moteur(s) 26, du simple fait de son profil aérodynamique global. Le rapport portance/tralnée élevé et la faible charge alai r2 d'un appareil sans moteur construit comme dans le cas du mode de réalisation préféré de l'invention ( & l'exception de l'absence de moteur(s) 26), le rend tout à fait adapté au vol sans propulsion sous forme d'un véhicule autonome, tel qu'un planeur ou un véhicule de rentrée dans l'atmosphère terrestre. Le fuselage doté de force portante d'un tel appareil dépend essentiellement de la forme du dispositif et pas nécessairement du fait qu'il soit ou non propulsé. En se rapportant à la figure 7, le Demandeur a constaté que les performances de l'appareil sont améliorées lorsque, en regardant en plan les modes de réalisation décrits ici, les paramètres suivants sont obtenus 1. L'angle de flèche de la section avant doit être d'environ 750 2. L'angle de flèche p du panneau externe doit être d'environ 450 3. Le rapport de la longueur de base A & l'envergure totale B doit être de l'ordre de 1,0 à 1,33. 4. Le rapport de la longueur de bout d'aile C & la longueur de base A doit être de l'ordre de 1/2Q à 1/8. REVENDICATIONS I - Fuselage aérodynamique ayant une forme en plan à symg- trie bilatérale, comprenant une section avant, une section arrière et deux panneaux latéraux, caractérisé en ce que la section avant est de forme en plan & peu près triangulaire et présente un profil d'aile en vue de côté, la section arriere présente un profil d'aile en vue de côté, et les panneaux latéraux s'étendent transversalement par rapport à l'axe du fuselage dans des directions opposées S partir de la section arrière, chacun de ces panneaux latéraux étant de longueur progressivement croissante, dans la direction transversale & l'axe du fuselage, depuis sa partie la plus antérieure en direction de l'arrière jusqu'au moins la moitié de la distance allant jusqu'S sa partie située le plus à l'arrière, chaque panneau latéral ayant un profil d'aile en vue de côté. 2 - Fuselage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens-permettant de contrôler le roulis, le tangage et l'embardée du fuselage pendant le vol. 3 - Fuselage suivant lune des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce qu'il est muni d'une enceinte protectrice pour au moins un passager. 4 - Fuselage suivant l'une quelconque des revendications 1 å 3, caractérisé en ce qu'il est prévu une fente à peu près transversale dans chacun des panneaux externes afin de mettre en communication d'une manière sélective l'extrados et l'intrados des panneaux. 5 - Fuselage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise en ce que l'angle de flèche de la section avant est à peu près égal å 750 6 - Fuselage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'angle de flèche des panneaux externes est à peu près égal à 450 7 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport de la longueur de base à lten- vergure totale est compris entre 1,0 et 1,33. 8 - Fuselage suivant l'une quelconque des revendications 1 & 7, caractérisé en ce que le rapport de la longueur de bout d'aile à la longueur de base est compris entre 1/20 et 1/8. 9 - Fuselage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est muni, dans la section arrière, de canalisations ayant un orifice avant et un orifice arrière, ltorifice avant étant placé par rapport à la section avant de manière à ce que, lorsque l'air s'écoule par rapport à I'extrados et à l'intrados de la section avant, ltecoulement d'air est conduit par les canalisations puis est rejeté par l'orifice arrière. 10 - Fuselage suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est muni de moyens faisant naître un écoulement d'air et placés au moins partiellement à l'intérieur des canalisations, ces moyens, lorsqu'ils sont mis en action, créant un vide partiel à l'orifice avant et de créer ainsi un écoulement d'air autour de la section avant pour produire de la portance, ces moyens étant d'autre part adaptés pour provoquer le refoulement de l'air par l'orifice arrière. 11 - Fuselage suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens faisant naître un écoulement d'air comprennent un: mo- teur. 12 - Fuselage suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens faisant naître un écoulement d'air comprennent plusieurs moteurs. 13 - Fuselage suivant l'une des revendications 11 et 12, ca caractérisé en ce que chaque moteur comprend un moteur à écoulement de masse élevé 14 - Fuselage suivant l'une quelconque des revendications 11, 12 et 13, caractérisé en ce que chaque moteur comprend un turboréacteur. 15 - Fuselage suivant l'une quelconque des revendications 11, 12 et 13, caractérisé en ce que chaque moteur comprend un statoréacteur.