Brevet FR2452425A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne une aile d'aéronef présen- tant un effet inverse réduit et comportant des moyens incorporés pour réa- liser le contrôle de l'axe des lacets. Les différents types de voilure qui equipent les aéronefs comportent des volets mobiles actionnes par le pilote pour réaliser une rotation par rapport à l'axe de roulis. Lorsque ces volets sont actionnes l'aile rote autour de l'axe de roulis et est affectée en môme temps par un couple relatif à l'axe des lacets. Ce couple est connu sous la dénomination de "lacet inverse". Le lacet inverse est un couple parasite que le pilote doit compenser s'il désire effectuer correctement ses évolutions. Pour ce le pilote agira sur le dispositif de contrôle de l'axe des lacets ctest-à-dire sur le gouvernail de direction, afin que la trajectoire de l'appareil demeure rectiligne pendant sa rotation par rapport à l'axe de roulis. La présente invention a pour but la réalisation d'une aile présentant un lacet inverse, le plus réduit possible d'une part, et comportant d'autre part des moyens incorpores actionnables par le pilote afin de réaliser des forces aérodynamiques pour compenser cet effet inverse sans avoir recours à un gouvernail de direction. Afin de réduire au maximum l'effet inverse résultant de la rotation autour de l'axe de roulis, le couple moteur nécessaire 9 cette rotation est obtenu par l'action de la pesanteur. Ceci est obtenu en diminuant la portance d'une demi aile pendant que la portance de l'autre demi aile est maintenue L'aile rote par rapport à l'axe de roulis jusqu'à ce que la vitesse angulaire corresponde à un nouvel équilibre des forces. Puisque la force qui exerce ce couple est la masse de l'appareil, cette force est obligatoirement appliquée au centre de gravit de l'appareil et puisqu'il y a couple ceci implique que l'axe de roulis ne passe pas par le C. G. Afin d'illustrer le principe et de définir les diagrammes des forces agissant sur cette aile, nous ferons l'hypothèse d'une aile dont la surface d'une demi aile a été réduite afin de créer un déséquilibre des forces de sustentation, (voir Fig. I) le C. G. étant maintenu b sa position initiale par adjonction d'un contrepoids. Lorsque cette aile est soumise aux forces de sustentation relatives à son déplacement sur unie trajectoire T, elle rote autour de l'axe X'X sous l'action de la pesanteur avec une vitesse angulaire W qui augmentera jusqu'à ce que la droite d'action de la force S passe par le C.G. et que la composante verticale de la force S, S' soit égale à la force P. Dès lors le système est en régime établi et $ demeure constant. La courbe de l'aire des forces de sustentation est proche d'une courbe du Ier degré, en conséquence, l'aire des forces est sensiblement celle d'un triangle. Puisque le C. G. de ce triangle se trouve sur la droite d'action de la force P, nous pouvons le tracer et par conséquent fixer l'origine 0 de la courbe qui est confondu avec l'axe de roulis. (voir rig. 2) A l'aire des forces de sustentation se trouve rattachée dans un plan perpendiculaire, l'aire des forces engendrant le lacet inverse La courbe du lacet inverse est une courbe du second degré- (segment d'ellipse) dont l'aire correspond à la projection dans ce plan des forces aérodynamiques générées par le vent relatif. (voir Fig. 3) Cette courbe étant également très proche d'une droite, il en résulte que le C. G. de la courbe de sustentation et le C. G. de la courbe du lacet inverse sont très proches. La distance qui sépare le C. G. de l'aire de ces deux courbes est le bras de levier du lacet inverse. On démontre que lorsque les forces S' et P sont situées sur une même droite, on obtient le plus petit bras de levier du lacet inverse. Et puisque pour un taux de roulis défini la force du lacet inverse est constante quelle que soit la position du C. G. de l'aire du lacet inverse, on peut conclure que lorsque S' et P sont portés sur une même droite, on est en présence de la plus petite valeur du lacet inverse. Seule l'action de la pesanteur peut assurer que S' et P soient portés sur une même droite. Si nous voulons remettre en place le tronçon d'aile que nous avons enlevé afin de rendre à nouveau cette aile symétrique, sans modifier l'équilibre des forces représenté dans les fig. 2 et 3, il faudra que ce tronçon d'aile présente un angle d'attaque au vent relatif tel que la résultante des forces aérodynamiques exercées sur ce tronçon d'aile soit nulle. (voir Fig. 4 et 5) La Fig. 5 représente l'aire des forces de sustentation et l'on a: St X d1 + S2 X do = O La Fig. 6 représente l'aire correspondante des forces du lacet inverse - ltéquilibre est modifié. On a: Z1 x dt > Zt X d2 Donc le lacet inverse est plus faible. Puisque on est toujours en présence de lacet inverse, cet te aile comporte des moyens de contrôle de lacet incorporés. Le premier de-ces moyens représenté par la Fig. 7 consiste à diminuer encore l'incidence du plan mobile opposé à l'axe de roulis de façon à obtenir le diagramme des forces représenté Fig. 8 et 9. Le plan mobile reçoit une résultante aérodynamique inversée qui se décompose en deux forces Sz et La droite d'action de S' se déplace vers le plan mobile et un nouvel équilibre des forces de sustentation est obtenu (voir Fig.8). La Figure 9 représentant le diagramme des forces du lacet inverse correspondant montre que la résultante R des forces Zi Z2 et W donne un couple d'effet normal. Ce moyen consistant à utiliser le plan mobile avec une incidence négative pour inverser la résultante aérodynamique sera appelé dans les revendications " utilisation au second régime ". Un autre moyen de contrôle de l'axe des lacets comprend des aérofreins implantés à l'intrados de chacune des demi ailes, actionnables par le pilote pour compenser l'effet inverse lorsque les plans mobiles sont utilisés au "premier régime". Ces aérofreins sont actionnés par le palonnier et permettent une action comparable à celle du gouvernail de direction d'un apoa- reil classique. Il est évident que le pilote ne devra actionner qu'un seul aérofrein dans un même temps. Leur emploi sur le plan aérodynamique n'est pas plus pénalisant que celui de n'importe quel gouvernail réalisé actuellement. La Fig. I3 représente ltéquilibre des forces d'un appareil classique muni d'un gouvernail de direction. La Fig. I4 représente ltéquilibre des forces d'un appareil dont le gouvernail de direction a été remplacé par des aérofreins. Le bilan des forces des deux systèmes est identique, ces forces s'annulant dans les deux cas de figures. Un autre moyen de diminuer la sustentation sur l'une ou l'autre des demi ailes consiste à munir l'extrados de ces demi ailes de "spoilers" escamotables destinés à diminuer la portance de l'une ou l'autre de ces demi ailes en perturbant ltécoulement de l'air à l'extrados. il est évident que le pilote devra actionner qu'un seul snoiler dans un même temps. Sur le plan aérodynamique l'emploi de spoilers n'est pas plus pénalisant qu'une quelconque autre solution mais ceci est simplement signalé et ne fera pas l'objet de la présente description. Comme ces spoilers ont une trainée aérodynamique importante, il peut en résulter un couple par rapport à l'axe des lacets qui peut donner un effet de lacet normal, inverse, ou nul. Une étude plus complète est nécessaire pour connaitre l'incidence de cette train. Un autre moyen permettant de diminuer la sustentation de l'une ou l'autre des demi ailes comporte des conduits munis d'obturateurs actionnables par le pilote. Ces conduits sont implantés dans l'épaisseur de l'aile et permettent de faire communiquer l'intrados avec l'extrados. Ainsi lorsque les obturateurs sont ouverts la zone de pression communique avec la zone de ddpression annulant ainsi les forces de sustentation dans cette zone. Comme pour la solution précédente, l'incidence de ce dispositif sur l'axe des lacets n'est pas connue et par conséquent l'emploi d'aérofreins utilisés comme indiqué plus haut, peut être nécessaire. Ces différents moyens permettent de contrôler l'#axe des lacets pendant la rotation autour de l'axe de roulis nécessaire pour une mise en virage. Dès que cette rotation cessera et que le virage sera amorcé par action sur l'axe de tanguage, la vitesse de l'aile intérieure au virage sera inférieure à la vitesse de l'aile exterieure. Ce qui nécessitera dans le cas des plans extrèmes mobiles d'augmenter l'angle d'attaque au vent relatif du plan extrème situé à l'intérieur du virage afin de rétablir la portance perdue du fait de la vitesse plus faible de ce plan. Lorsque les moyens utilises pour effectuer la rotation autour de l'axe de roulis seront des spoilers ou encore les conduits munis d'obturateurs, cette aile devra comporter des ailerons mobiles pour lui permettre de compenser le manque de portance du plan situé à l'intérieur dl virage. La Fig. IO représente la solution idéale mais qui ne peut être utilisée que pour la réalisation d'un appareil léger du type connu sous la classification appelé " ailes libres Ce moyen consiste en ce que l'une des deux demi ailes soit vrille dans un même temps, ce qui n'est réalisable que si l'aile ne comporte qu'un seul voile de revêtement à l'extrados nour ne pas offrir de résistance à la torsion. Lorsque cette aile rote autour de l'axe 1'1 tout en se déplacant sur sa trajectoire T, en chacun des points a,b,c, .... d,e,f, de l'envergure, l'angleocdu vent relatif varie et est défini par les trois paramètres suivants: - la distance "d" de l'axe de roulis au point considéré - la vitesse de rotation (t) autour de X'X - la vitesse de déplacement sur la trajectoire T. En chacun de ces points la force aérodynamique est perpendiculaire au vent relatif et l'intensité de cette force dépend de l'angle d'attaque présenté par l'aile au point considéré. Puisque en chacun des points de l'aile, l'angle du vent relatif est parfaitement défini, on pourra tracer la courbe repère 3, à partir de la courbe rep. 2' symétrique de la courbe 2 en portant les pointe obtenus par la relation y y'.Cots (voir Fig. 11 - 12 et 17). Cette courbe de sustentation permettra en fonction des caractéristiques du profil de l'aile considérée de définir le vrillage qu'il faut réaliser pour obtenir une action nulle sur l'axe des lacets. C'est ainsi que les oiseaux assurent le contrôle de l'axe des lacets. Lors de la mise en virage l'aile comportant des plans extrèmes mobiles présente une sécurité accrue par comparaison aux ailes d'aéronef conventionnel, puisque le plan mobile intérieur au virage présente toujours un angle d'incidence très faible par rapport au vent relatif. Ce type d'aile peut équiper des aéronefs de formule classique uniquement dans le but de réduire les risques de décrochage lors des mises en virage. Ce type d'aile convient particulièrement à la réalisation d'aile volante s-ans gouvernail de direction puisque les moyens de contrôle de l'axe des lacets sont incorporés dans cette aile. Le dispositif pour faire varier l'incidence des plans ex- trèmes est implanté dans le plan central et à proximité de chacun de ces plans, il comporte une pièce de transformation du mouvement comprenant deux axes perpendiculaires et solidaires entre eux en un point 0, l'un des axes recevant un mouvement linaire alternatif lui faisant décrire un arc de cercle par rapport au point 0, cet arc de cercle étant contenu dans un plan A, tandis que l'autre axe se ddplace suivant la génératrice commune à deux cones opposés par le sommet et ayant pour axe commun une droite I' I, chacun des points de cette géneratrice commune réalisant un mouvement circulaire par rapport à l'axe I' X qui est contenu dans le plan A, l'axe I' X étant l'axe récepteur, donc l'axe du plan mobile. (voir Fig. '5). Ces nièces de transformation du mouvement se trouvant à proximité des plans extrêmes, celles-ci reçoivent le mouvement alternatif depuis le poste de pilotage par l'intermédiaire d'une liaison rigide travaillant en traction et en compression. Ainsi les risques de "flottement" dus à ltélasticité des éléments mécaniques sont éliminés. L'emploi d'une liaison rigide travaillant en traction et compression n'est pas un système limitatif, la pièce de transformation du mouvement pouvant être actionnée par des moyens électriques ou hydrauliques. Dans ces cas là, les risques de "flottement" sont également maitrisés Le dispositif de commande comprend au niveau de la cabine, un mécanisme permettant au pilote d'actionner avec la même commande, l'un ou l'autre des plans extrêmes dans un même temps. Cette aile reçoit l'action des commandes classiques habituelles pour réaliser des évolutions habituelles. La figure 16 représente le dispositif de commande des plans extrêmes. Désignation des repères de la Fig. 16: Rep. 1 - Pièce de transformation du mouvement 2 et 3 - Roulements à billes 4 et 5 - Guidage de la pièce rep. 1 dans le plan A 6 - Commande rigide de transmission du mouvement alternatif 7 et 8 - Axes du plan mobile 9 - Fixation du plan mobile 10 - Longeron du plan mobile. Complément à la liRne 19 de la page 5. En effet, cette demi aile peut de la même façon que l'aile comportant un plan mobile à chaque extrémité, être vrillée "au premier régime" ce qui assure un effet de lacet inverse ou un effet de lacet nul selon l'importance du vrillage, ou encore être vrillée "au second régime" afin d'obtenir un effet de lacet normal Ainsi le contrôle de l'axe des lacets est obtenu par le vrillage adéquat de l'une ou l'autre des demi ailes. ROTER:Terme couramment utilisé en matiématiques, il signifie qu'on ré alise un mouvement circulaire par rapport à un point ou par rap port à un axe. REVENDICATIONS 1. - Aile d'aéronef caractérisé en ce qu'elle comporte des moyens pour réduire la sustentation sur l'une ou l'autre des demi-ailes pendant que la sustentation est maintenue sur l'autre demi-aile de façon à ce que cette aile puisse roter autour de l'axe de roulis de par l'action de la masse de l'appareil; caractérisée également en ce qu'elle comporte des moyens incorporés pour contrôler l'axe des lacets. 2. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un des moyens permettant de réduire la sustentation de l'une ou l'autre demi-aile comporte un plan mobile autour d'un axe, situé à l'ex- trémité de chaque demi-aile, des moyens actionnables par le pilote pour faire varier l'incidence de ces plans "au premier régime". 3.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un autre moyen permettant de diminuer la sustentation de l'une ou l'autre demi-aile comporte des"spoilers" actionnables par le pilote, agissant à ltextrados de chaque demi-aile et escamotables dans cette aile. 4.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un autre dispositif permettant de diminuer la sustentation de l'une ou l'autre demi-aile comporte des conduits munis d'obturateurs, action nables par le pilote permettant de faire communiquer l'intrados avec l'extrados de cette aile de façon à faire communiquer la zone de pression avec la zone de dépression. 5.- Dispositif selon la revendication 1 et 2 permettant de compenser l'effet inverse en faisant varier l'incidence de l'un ou l'autre des plans extrêmes " second régime ". 6. - Dispositif selon les revendications 1 et 2 comportant un aérofrein implanté à l'intrados de chacune des demi-ailes, actionnables par le pilote pour contrôler l'axe des lacets. 7. - Dispositif selon les revendications 1 et 3 comportant un aérofrein implanté à l'intrados de chacune des demi-ailes et actionnables par le pilote pour contrôler l'axe des lacets. 8. - Dispositif selon la revendication t caractérisé en ce que l'un des moyens permettant de réduire la sustentation de l'une ou l'autre des demi-ailes consiste à vriller l'une ou l'autre des demi-ailes de façon à ce que l'angle d'attaque du vent relatif Oc soit différent tout au long de cette demi-aile. 9. - Dispositif selon les revendications 1 et 8 caractérisé en ce que le vrillage de l'une ou l'autre des demi-ailes permette le contrôle de l'axe des lacets en realisant ce vrillage "au premier régime" ou "au second régime". 0. - Dispositif selon la revendication 1-2-5- en ce que les moyens pour faire varier l'incidence des plans extrèmes comporte une pièce de transformation du mouvement comprenant deux axes perpendiculaires et solidaires entre eux en un point 0, l'un des axes recevant un mouvement linéaire alternatif lui faisant décrire un arc de cercle par rapport au point 0, cet arc de cercle étant contenu dans un plan A, tandis que l'autre axe se déplace suivant la genératrice commune à deux cones opposés par le sommet et ayant pour axe commun une droite X' X, chacun des points de cette génératrice commune réalisant un mouvement circulaire par rapport à l'axe I' X qui est contenu dans le plan A, l'axe I' X étant l'axe récepteur, donc l'axe du plan mobile. 11. - Dispositif selon la revendication 1-2-5-6 et 10 caractérisé en ce que le mouvement est transmis depuis le poste de pilotage par l'intermédiaire d'une liaison rigide travaillant en traction et compression pour éviter les effets de "flottement" dus à l'élasticité du mécanisme. 12. - Revendication selon l'ensemble des revendications caractérisé en ce que ce type d'aile puisse équiper des appareils classiques afin de réduire les risques de décrochage lors des mises en virage. 13. - Revendication selon l'ensemble des revendications caractérisé en ce que ce type d'aile soit utilisé pour réaliser une aile volante permettant le contrôle de l'axe des lacets sans gouvernail de direction. 14. - Aile d'aéronef selon revendications 3 et 4 caractérisée en ce qu'elle comporte un ou deux ailerons pour compenser le couple conséquent à l'écart de vitesse entre les deux demi-ailes lorsque le virage est engagé.