Brevet FR2452426A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne un aéronef à fuselage portant et en particulier un aéronef à fuselage portant destiné à effectuer des décollages et atterrissages verticaux ou courts. Un aéronef à fuselage portant signifie, au sens où ce terme est utilisé dans le cadre de la présente invention, un aéronef qui comporte une surface portante s'étendant sensiblement de manière continue d'une extrémité de son envergure à l'autre et ne présente pas de transition bién définie entre l'aile et le fuselage. Un fu sexage portant typique est décrit dans le brevet déposé sous le ne883 159 et dé- livré le 12 octobre 197i au nom de J.R. Bitzpatrick et J. K. Bock. le fuselage portant décrit dans ce brevet est caractérisé en ce qutil comprend une surface portante sensiblement triangulaire ou en delta, un nez situé à l'un des sommets du triangle et un bord de fuite situé du côté opposé au nez et s'étendant entre deux extrémités latérales situées chacune à l'un des autres sommets du triangle. les côtés du triangle qui se rencontrent au niveau du nez constituent des parties du bord d'attaque, et des sections longitudinales verticales du fuselage portant sont des profils de surface portante épais qui peuvent être incurvés ou non. le fuselage portant comprend de préférence une coque protégée sensiblement symétrique par rapport à un plan vertical central s'étendant à partir du nez Jusqu'à un point médian du large bord arrière si- tué du côté opposé au nez. les coupes transversales sont à peu près sur toute la longueur du fuselage portant sensiblement elliptiques de part et d'autre du plan vertical central. A partir du S t ~ nez jusqu'au point de dimension verticale måximále~dans le plan vertical central, les coupes elliptiques devienent progrèssivement plus nautes et plus larges, la largeur augmentant plus rapidement que la hauteur.Dans la partie s'étendant du point de dimension verticale maximale au bord de fuite,les coupes elliptiques continuent certes à devenir progressivement plus larges mais voient leur hauteur diminuer progressivement. les rapports décrits ci-dessus pour un fuselage portant peuvent cependant être modifiés de diverses façons en ce qui concerne par exemple la configuration du nez et des extrémités latérales. Des fuselages portants de ce genre sont conçus de manière à présente une bonne stabilité statique longitudinale et des caractéristiques de décrochage favorables et à pouvoir atteindre des vitesses de croisière relativement élevées et des vitesses d'atterrissage relativement faibles. On peut leur faire porter rationnel lement une forte charge utile et les utiliser en tant qu'aéronefs plus lourds que l'air ou, avec de l'hélium, en tant qu'aéronefs soit plus légers que l'air soit légèrement plus lourds que l'air. Des aéronefs à fuselage portant du type qui vient d'être décrit sont particulièrement utiles dans des domaines tels que surveillance par la police et l'armée, photographie aérienne, ex-. ploration géophysique et autres activités de recherche, le transport de matériels et de fournitures vers des zones éloignées et à partir de celles-ci, le transport rationnel de chargements très volumineux mais de faible densité ainsi que le transport et la manutention d'objets de fortes dimensions portés extérieurement comme par exemple des tronçons de conduites. Dans un grand nombre de ces domaines d'application, la possibilité d'effectuer des décollages et atterrissages courts est souhaitable. Or la présente invention crée un aéronef comprenant conjoin tement un fuselage portant et un hypersustentateur à lame d'air, ou volet du type appelé "ået flat, situé au bord de fuite du fuselage, lequel aéronef comporte une surface portante sensiblement en delta, un nez et un large bord de fuite situé du coté opposé au nez, des volets mobiles faisant partie du bord de fuite, un système propulseur à hélices pour produire une force propulsive exclusivement par la réaction d'un certain nombre de pales rotatives au contact de l'atmosphère environnante, les pales étant montées sur un moyeu susceptible de tourner autour d'un premier axe, et un équipement permettant de faire basculer ledit premier axe autour d'un second axe s'étendant transversalement au-dessus d'une ligne fictive s'étendant à la manière d'une corde à partir du centre du nez au centre du bord de fuite, ledit premier axe pouvant être placé par l'équipement de basculement soit dans une position de croisière où le moyeu est situé directement au-dessus de la surface portante en delta et la direction de la poussée exercée par le système propulseur à hélices coupe approximativement le centre de gravité de l'aéronef, soit dans une seconde position qui est telle que, la direction de la poussée par rapport aux pales étant la même que dans la position de croisière, le souffle du système propulseur à hélices est dirigé vers le bord avant des volets et sur la surface supérieure de ces derniers. le fait qu'une grande masse d'air se déplace sur la surface supérieure du volet à une vitesse supérieure à celle d'un courant libre empêche l'écoulement d'air sur le volet de se séparer de celui-ci et entraine et anime la couche limite se déplaçant à faible vitesse sur la surface portante située en avant du volet, produisant ainsi l'augmentation de portance connue sous le nom d'effet d'hypersustentateur à lame d'air ou "ået flap". Etant donné que le bord de fuite du fuselage portant est situé loin derrière le centre de gravité de l'aéronef, le fuselage portant permet d'utiliser rationnellement et efficacement une hélice classique à pales tournantes pour produire l'effet d'hypersustentateur à lame d'air.Le fuselage portant est également particulièrement apte à augmenter la portance du fait que le faible allongement du fuselage portant conduit à une augmentation de portance beaucoup plus grande que celle qui serait obtenue avec un allongement important pour une surface portante donnée. L'augmentation de portance accrue obtenue suivant l'invention s'accompagne encore d'un certain nombre d'autres avantages parmi lesquels figurent la possibilité de voler à des vitesses d'avancement tant élevées qu'extrêmement basses et un fonctionnement rationnel dans un large intervalle de vitesses d'avancement. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide de deux formes de réalisation illustrées à titre d'exemples au dessin annexé. La figure 1 est une vue en perspective d'un aéronef à fuselage portant relativement petit suivant l'invention. La figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de l'aéronef de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'un aéronef de plus grandes dimensions suivant l'inventione La figure 1 montre un aéronef à fuselage portant qui comprend une coque 4 présentant une surface portante sensiblement en delta, un nez 6 et un large bord de fuite 8 situé du côté opposé au nez. Le bord de fuite 8 est constitué en partie par diverses gouvernes, y compris des élevons extérieurs 10 et 12 et des volets intérieurs 14 et 16, ces gouvernes étant disposées symétriquement de part et d'autre d'un stabilisateur vertical 18 placé centralement. Le stabilisateur vertical comporte une gouverne de direction, ou gouvernail 20. L'aéronef est équipé de quatre moteurs du type turbine à gaz. Deux parmi les moteurs, à savoir ceux désignés par 22 et 24, sont supportés à partir du stabilisateur vertical 18 de part et d'autre de celui-ci respectivement par des supports horizontaux 26 et 28. les moteurs 22 et 24 sont disposés de façon que le souffle de leurs hélices respectives 30 et 32 s'écoule au moins en pam tie sur les volets correspondants 14 et 16. les hélices sont du type à pales tournantes, cest-à-dire qu'elles produisent une pous sée exclusivement par suite de la réaction d'un certain nombre de pales au contact de l'atmosphère environnante. De préférence,chaque moteur est agencé de façon que pratiquement tout le souffle de son hélice passe sur le volet correspondant.Ainsi, par exemple, le moteur 22 est agencé par rapport au volet 14 de façon que le bord intérieur 34 du volet 14 se trouve par rapport à un plan vertical fictif dans lequel est située la corde centrale de l1aéro- nef à une distance plus petite que celle qui sépare ledit plan de la limite intérieure du disque formé par l'hélice 30. Le moteur 24 est agencé de façon identique par rapport au bord intérieur du volet 16. La raison pour laquelle cet agencement est adopté réside, comme expliqué plus loin, en ce que dans certaines conditions,il est souhaitable de permettre au souffle des hélices de venir en contact avec les volets et d'établir une interaction avec ceux-ci. En vol de croisièredles moyeux des hélices sont placés directement au-dessus de la surface portante en delta de l'aéronef et le souffle des hélices 30 et 32 est dirigé à peu près horizontalement. Toutefois, les moteurs peuvent être amenés à basculer dans toute une gamme de positions, y compris celle représentée à la figure 1. Le basculement des moteurs s'effectue par l'intermédiaire de supports 26 et 28 qui sont à leur tour actionnés par un mécanisme de commande approprié contenu dans le stabilisateur vertical 18. Le moteur 22, par exemple, présente un axe d'hélice 36 qui peut être amené à basculer autour d'un second axe 38 s'étendant transversalement à la corde centrale de l'aéronef et à peu près parallèlement à une ligne droite entre les extrémités du bord de fuite.La corde centrale est représentée comme une ligne fictive 40 s'étendant du centre 42 du nez au centre 44 du bord de fuite 8. Sur la figure 2,l'axe 38 est représenté sous la forme d'un point puisqu'il est observé en bout dans cette vue en élévation. L'axe d'hélice 36 peut être amené par l'intermédiaire du support de moteur tant dans une première position illustrée par la ligne 46, qui coupe le centre de gravité de l'aéronef, que dans une seconde position qui est celle représentée. L'axe de l'hélice 32 peut basculer de manière identique et les moteurs sont de préfé rence conjugués pour assurer un basculement simultané des hélices. La nécessité d'utiliser des pales d'hélice relativement longues et d'amener les moyeux directement au-dessus de l'aéronef en vol de croisière conduirait normalement à un moment de tangage et à des variations de moment de tangage exigeant une compensation excessive qui à son tour provoque une augmentation de traînée. le bord de fuite du fuselage portant, au niveau duquel les hélices sont placées, se trouve cependant si loin derrière le centre de gravité que la poussée des moteurs peut être dirigée à travers le centre de gravité sans occasionner des moments de tangage excessifs ou des variations de ceux-ci en cas de variation de la poussée des hélices. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de procéder à une compensation excessive avec la tralnée que celle-ci comporte. Le basculement des moteurs permet de conférer rationnellement de la portance à l'aéronef à des vitesses très basses en empêchant l'écoulement d'air de se séparer des volets lorsque ceuxci sont déviés vers le bas. Si, le volet 14 se trouvant dans la position représentée à la figure 2, ltaxe d'hélice 36 était orienté parallèlement à la ligne 46, un décollement de l'écoulement d'air tendrait à se produire à la surface supérieure du volet 14. Ce décollement de l'écoulement d'air s'aggrave à mesure que la déviation du volet augmente. Par contre, lorsque le moteur est amené par basculement dans la position représentée, le souffle de l'hé- lice est dirigé vers le bord avant 48 du volet et sur la surface supérieure de celui-ci. La direction du souffle d'hélice est à présent sensiblement parallèle à la corde du volet de sorte que l'é- coulement d'air sur la surface supérieure du volet reste collé à ce dernier, améliorant ainsi grandement la portance totale de 1' aé- ronef.Le mécanisme aérodynamique par lequel un souffle d'hélice dirigé sur-un volet dévié produit un accroissement de la force de sustentation agissant sur l'aile est expliqué en détail dans un article de McCormick intitulé Âerodynamlcs of V/SDOL Flight, Bcade- mic Press, New York et Londres, 1967 pp. 194 à 200. L'avantage principal de la présente invention réside dans la combinaison des caractéristiques particulières d'un volet formant hypersustentateur à lame d'air, ou "jet flap",avec celles d'un fuselage portant. En particulier, l'hypersustentateur, lorsqu'on le mesure en ne tenant compte que de la largeur du volet qui est influencée par le souffle d'hélice, est plutôt étroit en raison des limitations imposées à la taille des hélices. En même temps le fuselage portant présente un très faible allongement, c'est-àdire un allongement inférieur à environ 2,0 et de préférence inférieur à environ 1,5. Par suite de ce faible allongement,une grande partie de la surface portante effective du fuselage portant est soumise à l'influence de l'étroit hypersustentateur à lame d'air. Ainsi cette combinaison de caractéristiques permet de faire varier la portance dans un intervalle extremement étendu pour une puissance constante et, par conséquent, d'obtenir une souplesse beaucoup plus grande que précédemment en ce qui concerne les aéronefs à décollage et atterrissage courts. Il peut par exemple être mis en évidence que la variation de portance pouvant être obtenue suivant l'invention pour un fuselage portant dont le rapport du diamètre d'hélice à la longueur du fuselage est de 1:10 et le rapport de la corde de volet à la longueur du fuselage est également de 1:10 peut aller jusqu'à 40 %. lorsque le moteur se trouve dans la position représentée à la figure 2, une certaine portance est également attribuable à une composante verticale de la poussée d'hélice, ce qui représente un avantage supplémentaire de l'agencement décrit Avantageusement, l'axe d'hélice peut être amené par basculer ment dans une position verticale et le volet peut basculer autour d'un axe situé de telle manière que le volet puisse être dévié dans une position verticale ou à peu près verticale pour obtenir un espace libre par lequel une partie importante du souffle d'hélice peut s'écouler vers le bas. Dans ces conditions, toute la portance produite par les hélices arrière est due à la poussée exercée par ces dernières de sorte qu'un décollage vertical et un vol stationnaire sont réalisables. La figure 1 montre également deux moteurs avant 50 et 52 susceptibles de basculer. le moteur 50 est monté sur un support horizontal 54 qui peut l'amener en différentes positions en tournant autour d'un axe transversal à la ligne 40. le moteur 52 est monté de manière identique sur le côté opposé de la coque 4. Les hélices 56 et 58 montées sur les moteurs 50 et 52 sont placées en avant du centre de gravité de l'aéronef. Les axes de ces hélices additionnelles peuvent être amenés par l'intermédiaire des support rotatifs en forme de bras tant dans une première position sensiblement parallèle à la ligne 40 que dans une seconde position, illustrée le plus clairement à la figure 2, dans laquelle le souffle de l'hélice est dirigé vers le bas et vers l'arrière. les moteurs avant peuvent de préférence être amenés de manière infiniment variable dans toute une gamme de positions allant de la position horizontale à celle verticale afin de produire de la portance par l'intermédiaire de la composante verticale de la réaction d'hélice. Ainsi le fait que les hélices avant puissent basculer offre un très haut degré de souplesse en vol à faible vitesse et permet également d'obtenir de courtes distances de décollage et d'atterrissage. Un décollage vertical peut être obtenu en amenant les axes de l'ensemble des quatre moteurs dans la position verticale.Un autre avantage des moteurs avant réside en ce que leur poids équilibre le moment provoqué par le poids des moteurs situés à l'arrière. il est également possible de permettre aux moteurs avant de basculer vers l'arrière pour communiquer à l'aéronef une poussée arrière afin de le rendre plus manoeuvrable en vol stationnaire. La disposition symétrique des moteurs avant et arrière par rapport à chacun des axes principaux permet d'obtenir une commande répartie en quatre points autour des axes principaux, tant en vol stationnaire qu'en vol de croisière. le fait de disposer les moteurs arrière au-dessus et en travers de l'axe central mais à l'intérieur des extrémités -latérales de la coque permet de réaliser une transmission transversale rationnelle et de faire jouer à la structure de support des moteurs en même temps le rôle d'un empennage. La figure 3 montre un plus gros aéronef à fuselage portant comprenant une coque 60 présentant une surface portante sensiblement en delta, un nez 62 et un large bord de fuite 64 situé du côté opposé au nez. Le bord de fuite 64 est constitué en partie par des volets 66 et 68 disposés symétriquement de part et d'aux tre d'un stabilisateur vertical central 70 qui comporte un gouvernail 71. Des stabilisateurs verticaux additionnels 72 et 74 se trouvent aux extrémités opposées du bord de fuite 64. Un premier support de moteurs 76 s'étend entre les stabilisateurs verticaux 70 et 72 et un second support de moteurs identique 78 s'étend entre les stabilisateurs verticaux 70 et 74. les supports de moteurs 76 et 78 sont de préférence des surfaces portantes présentant un profil aérodynamique. Deux moteurs 80 et 82 sont montés côté à côte sur le support 76. Deux autres moteurs 84 et 86 identiques aux moteurs 80 et 82 sont montés côte à côte sur le support 78. les sup ports 76 et 78 peuvent être amenés à tourner de la même manière que les supports 26 et 28 (figure i), un système de commande approprié à moteur étant prévu à cette fin dans le stabilisateur vertical 70 et des paliers appropriés étant prévus dans les stabilisateurs verticaux 72 et 74. Les moteurs 80 et 82 sont disposés par rapport au volet 68 de telle manière que, quand ils sont amenés à basculer par l'intermédiaire du support 76, le souffle de leurs hélices 88 et 90 se dirige vers le bord avant du volet 68. De préférence, les hélices et le volet sont agencés de façon que la limite extérieure du disque formé par l'hélice 88 se trouve par rapport à un plan vertical fictif dans lequel se situe la corde centrale de l'aéronef à une distance plus petite que celle qui sépare ce plan de la limite extérieure du volet 68. De la meme manière, le bord intérieur du volet 68 se trouve de préférence par rapport audit plan vertical à une distance plus petite que celle qui sépare ce plan de la limite intérieure du disque formé par l'hélice 90. les hélices 92 et 94 sont disposées de la même manière par rapport au volet 66. L'aéronef de la figure 3 est également équipé de moteurs avant 96 et 98 susceptibles de basculer et qui sont analogues aux moteurs 50 et 52 de la figure 1. les commandes de vol de l'aéro- nef de la figure 3 sont semblables à celles de l'aéronef de la figure 1, les moteurs arrière pouvant être amenés à basculer à partir d'une première position sensiblement parallèle à une ligne fictive formant corde dans une seconde position qui est telle que le souffle des hélices se trouve dirigé vers le bord avant des volets 66 et 68 afin d'empêcher l'écoulement d'air de se séparer des volets lorsque ceux-ci sont déviés vers le bas. Avantageusement, les moteurs arrière peuvent basculer suffisamment pour que le souffle soit dirigé vers le bas afin de permettre des décollages verticaux et des vols stationnaires. Dans le cas de l'aéronef de la figure 3,la neutralisation du roulis et du tangage se réalise, au moins en partie, au moyen de gouvernes 100 et 102 incorporées respectivement dans les supports 76 et 78. La gouverne 100 est située au moins en partie derrière le disque formé par l'hélice 88 et la gouverne 102 est située au moins en partie derrière le disque formé par l'hélice 92 Grâce à cette disposition des gouvernes, leur efficacité se trouve considérablement accrue du fait que, par suite du fonctionnement des hélices, l'air s'écoule à grande vitesse sur au moins une partie des gouvernes respectives. Le fait que les gouvernes 100 et 102 soient disposées de la manière décrite permet de maitriser efficacement le roulis et le tangage du gros aéronef et ce même à des vitesses très faibles. De même, en ce qui concerne tant 1' apéro nef de la figure 1 que celui de la figure 3, le fait que les hélices produisent leur souffle de part et d'autre de la dérive et du gouvernail permet de limiter plus efficacement le phénomène de lacet à des vitesses très basses. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Aéronef comprenant conjointement un fuselage portant et un ou plusieurs volets hypersustentateurs à lame d'air situés au bord de fuite de l'aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend une surface portante sensiblement en delta, un nez, un large bord de fuite situé du côté opposé au nez, des volets mobiles faisant partie du bord de fuite, un système propulseur à hélices pour produire une force propulsive exclusivement par la réaction d'un certain nombre de pales rotatives au contact de l'atmosphère environnante, les pales étant montées sur un moyeu susceptible de tourner autour d'un premier axe, et un équipement permettant de faire basculer ledit premier axe autour d'un second axe s'étendant transversalement au-dessus d'une ligne fictive s'étendant à la manière d'une corde à partir du centre du nez au centre du bord de fuite, ledit premier axe pouvant être amené par l'équipement de basculement soit dans une position de croisière où le moyeu est situé directement au-dessus de la surface portante en delta et la direction de la poussée exercée par le système propulseur à hélices coupe approximativement le centre de gravité de l'aéronef, soit dans une seconde position qui est telle que, la direction de la poussée par rapport aux pales étant la même que dans la position de croisière, le souffle du système propulseur à hélices se trouve dirigé vers le bord avant des volets et sur la surface supérieure de ces derniers. 2 - Aéronef suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'allongement du fuselage portant est inférieur à environ 2,0. 3 - Aéronef suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'allongement du fuselage portant est inférieur à environ 1,5. 4 - Aéronef suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des hélices additionnelles susceptibles de tourner autour d'un axe et situées en avant du centre de gravité de l'aéronef ainsi qu'un équipement permettant de faire basculer cet axedes hélices additionnelles, ledit axe des hélices additionnelles pouvant être amené par l'équipement de basculement tant dans une première position sensiblement parallèle à la ligne formant corde que dans une seconde position qui est telle que le souffle de l'hélice se trouve dirigé vers le bas et vers l'arrière. 5 - Aéronef suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des hélices peut être amenée dans une position où son souffle est dirigé vers le bas. 6 - Aéronef suivant la revendication 1 équipé d'un stabilisateur situé centralement et s'étendant verticalement vers le haut, caractérisé en ce que le système propulseur à hélices comporte au moins deux moteurs pouvant chacun entrainer une hélice et en ce que l'équipement de basculement comprend des organes qui supportent les moteurs à partir du stabilisateur de part et d'autre de celui-ci 7 - Aéronef suivant la revendication 6 comportant deux stabilisateurs verticaux additionnels situés de part et d'autre du stabilisateur central, caractérisé en ce que l'équipement de basculement comprend des organes qui, s'étendant latéralement entre le stabilisateur central et les stabilisateurs additionnels et supportés par ceux-ci, servent à supporter les moteurs à partir des stabilisateurs de part et d'autre du stabilisateur central. 8 - Aéronef suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les organes s'étendant latéralement entre le stabilisateur central et les stabilisateurs additionnels sont des surfaces portantes qui comportent des gouvernes mobiles situées au moins en partie sur la voie d'écoulement du souffle des hélices0