Brevet FR2470726A1 — publié le 19810612

L'invention concerne un aile portante pour avion présentant un profilage surcritique, donnant lieu à une répartition de pression avec laquelle un choc de compression se produit dans une zone déterminée de la profondeur du profil de l'aile sur la face dorsale de celle-ci. Des profils dVaile portante aurcritiques sont en général caractérisés en ce qu'ils présentent sur la face dorsale du profil une zone supersonique prolongée. Une aile portante du type mentionné plus haut, dont la construction est prévue pour un nombre de Mach allant jusqu'à environ 0,85, est connue d'après le brevet DE 27 12 717e Cette aile portante connue comporte, sur sa face dorsale, une zone de succion transsonique fortement marquée, qui va en déclinant jusqu'à l'extrémité du profil9 et cela, dans les conditions prévues, de façon continue, c'est-à-dire sans chocs de compression. Dans le domaine hors conditions prévues - que l'on désigne par zone "off-design"' c'est-à-dire dans le cas d'angles d'incidence relativement grands et/ou de nombres de Mach relativement élevés9 il se produit avec cette aile portante connue9 sur sa face dorsale, un choc de compression, dont la force s'accropit certes avec l'augmentation des angles d'incidence et/ou des nombres de Mach, mais dont la position ne varie que dans une mesure extrêmement faible en direction de la profondeur du profil de l'ailes Grâce à cette conception de construction, suivant laquelle le choc de compression ne varie pas de position de long de la profondeur du profil de l'aile, on évite dans le domaine hors adaptation zone "off- design" - de fortes modifications des couples de tangage. Cependant le domaine d'utilisation de cette aile portante connue est limité par la production de décrochages dûs à des conditions non stationnaires deturbulences inductrices de chocs (désignées par "buffetonset") et par leurs répercussions sur l'écoulement de l'air sur l'aile. L'invention a pour but, en considération de ces phénomènes, d'agencer une aile portante - du type indiqué dans le préambule de telle manière que le décrochage de la couche limite dé aux chocs se trouve retardé jusqu'au cas de forces de chocs plus élevées et donc par suite jusqu'au cas d'angles d'incidence ou de nombres de Mach plus grands, afin d'obtenir ainsi une extension des limites du domainde d'utili- sation d'une telle aile portante que la conformation qui lui est donnée permet d'atteindre, et d'obtenir en outre une amélioration des propriétés caractéristiques de volt Cette aile portant peut alors présenter un profilage avec lequel il ne se produit pas de chocs de compres- sion dans le cas normal prévu, aussi bien qu'avec lequel il y a un faible choc de compression déjà dans ce cas. L'invention résout ce problème par l'agen- cement, pour une aile portante du genre dont il s'agit, d'un dispositif prévu dans l'aile en vue d'aspirer localement une par- tie de la couche limite dans la zone du choc de compression. Grâce à cette aspiration partielle de la couche limite turbulente., on obtient qu'un décrochage de la cou- che limite dû aux chocs ne se produit que lorsque les chocs attei- gnent une force relativement très grande. On supprime en consé- quence, dans une zone hors conditions prévues (zone "off-design") qui se trouve fortement élargie, des changements de position de chocs déterminés par des décrochages et des vibrations dûs aux chocs de turbulence non stationnaires.Ainsi l'agencement conforme a l'invention de l'aile portante permet de stabiliser l'écoulement transsonique de l'aile sur l'aile au-delà de ce qu'on est suscep- ible d'obtenir uniquement grâce à la conformation donnée à celle-ci L'invention permet par conséquent de repous- ser la limite ou se produisent les chocs dûs à la turbulence (limite "buffet"), prédéterminée par le déclenchement des vibra- tions liées aux chocs non stationnaires, jusqu'aux cas de nombres de Mach plus élevés ou de plus grands angles d'incidence, et par suite de coefficients de portance relativement hauts. On a ainsi avec une aile portante présentant un profilage surcritique la possibilité d'obtenir un accroissement du coefficient de portance et en consequence une amélioration du coefficient de glissement qui se présentent dans le cas de plan défini. En même temps, au-dessous de la limite o se produisent les chocs dûs à la turbulence (limite "buffet"), laspiration prévue conformément à l'invention d'une partie de li ouche limite a pour résultat que, en raison de l'amincissement de cette couche limite, les effets de celle-ci diminuant la por- tance se trouvent réduits. La dépense matérielle supplémentaire Li0 que nécessite l'installation du dispositif d'aspiration prévu conformement a Il'nvention se trouve ainsi compensée, au moins 3 -- en partie, par l'amélioration de la portance et la réduction de la résistance qui s'obtiennent dans cette zone. Les avantages de l'invention ne sont pas limités à la zone de nombres de Mach concernant l'aviation civile, mais permettent en plus également l'amélioration des performances de vols de manoeuvres d'avions de combat dans la zone de vitesses transsoniques. Ici aussi en effet les limites de manoeuvres sont déterminées dans une mesure prédominante par le passage à l'état de turbulence avec chocs ("buffeting")-qui s'établit.. Il est certes déjà connu, par exemple d' après le brevet DE 20 35 445, d'influer, dans la zone de vitesse subsonique, sur l'écoulement de la couche limite se présentant sur une aile portante, en opérant une aspiration ou un souffla- ge. De cette manière on doit d'une part empêcher en des endroits critiques du profil de l'aile que l'écoulement laminaire passe à l'état d'écoulementturbulent et d'autre part éviter le décrochage de l'écoulement de l'air. Cet agencement, qui n'est pas limité à des profils d'aile spéciaux, sert cependant à un tout autre but que le dispositif d'aspiration conforme à l'invention prévu pour une aile portante du type indiqué dans le préambule. Selon l'exemple de réalisation de l'inven- tion, le dispositif d'aspiration consiste en une fente d'aspira- tion s'étendant en direction longitudinale de l'aile portante et reliée par l'intermédiaire d'un canal d'aspiration à un groupe aspirateur. Ce dernier peut alors être monté soit dans l'aile elle-même soit aussi dans le fuselage de l'action. Avec des profilages surcritiques de l'aile, pour lesquels le choc de compression varie de position, en direc- tion de la profondeur du profil de l'aile, en fonction du nombre de Mach et de l'angle d'incidence avec l'afflux de l'air, il y a avantage, en corrélation avec l'invention, à concevoir un dispo- sitif d'aspiration variables Celui-ci peut être réalisé soit en prévoyant, en direction de la profondeur du profil de l'aile, plusieurs fentes d'aspiration pouvant être mises en action sélec- tivement, situées les unes derrière les autres et s'étendant à peu près parallèlement; soit en prévoyant un écran comportant une fente d'aspiration, monté de façon à pouvoir se déplacer sur une zone prédéterminée de la profondeur du profil de l'aile. L'aspiration atteint alors son efficacité maximale, du point de vue de l'effet visé par l'invention, lorsqu'elle a lieu directe- ment à la base du choc de compression. Le dimensionnement des ouvertures d'aspi- 4.- 2470726 ration est optimal lorsqu'il ne se produit pas de sensibles accélérations ou ralentissements de la fraction de couche limite à aspirer. Cela est le cas lorsque la largeur des fentes ainsi que la vitesse d'aspiration sont choisies conformément à-des critères de dimensionnements consistant: soit en ce que la largeur des fentes d'aspiration et la pression dans le canal d'aspiration sont choisies pour que la vitesse d'aspiration corresponde à peu prèsàla vitesse d'écoulement moyenne de la fraction de-couche limite à aspirer; soit aussi en ce que la largeur des fentes d'aspiration se trouve comprise à peu près entre le quart et la moitié de l'épaisseur de la couche limite. La zone de la profondeur du profil de l'aile dans laquelle les fentes sont à ménager dépend alors de la position du choc de compression déterminée par le profilage de l'aile portante considéré. Dans l'exemple de réalisation préférentiel de l'aile portante selon l'invention, cette zone se situe à environ 55 à 70 % de la profondeur du profil de l'aile. Il y a d'autre part avantage, en corréla- tion avec l'invention, à modifier le profil de l'aile à l'endroit de l'aspiration par des modifications de contour locales, de telle manière que la position du choc de compression reste fixée même dans des conditions d'afflux d'air pouvant varier dans cer- taines limites. Ce résultat peut s'obtenir en particulier en prévoyant une courbure convexe. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un exemple de réalisation d'une aile portante conforme à l'inven- tion, - la figure 2 est une vue en coupe au point = 0,65 de l'aile de la figure 1, - la figure 3 est une vue à plus grande échelle découpée de la figure 2, - la figure 4a montre une répartition de pression pour la coupe d'aile selon la figure 2, mais toute- fois sans le dispositif d'aspiration que prévoit l'invention, - la figure 4b montre une répartition de pression pour la coupe d'aile selon la figure 2, avec et sans - dispositif d'aspiration, - la figure 5 montre l'allure de variation du coefficient de portance pour la coupe d'aile selon la figure 2, -la figure 6 montre l'allure de variation du coefficient de résistance pour la coupe d'aile selon la figure 2 en fonction de l'angle d2incidence, la figure 7 est une vue en coupe d'un autre exemple de réalisation de leaile selon l'inention, - la figure 8 est une vue en coupe d'un troisième exemple de réalisation de leaile selon l'invention, la figure 9 est une vue en coupe d'un quatrième exemple de réalisation de l'aile selon l'invention. L'aile portante représentée en vue de dessus sur la figure 1 est caractérisée par les données suivantes: allongement géométrique t = 9 (Longueur/largeur) flèche pour f25 = 28 (angle que fait l'aile par rapport à l'axe) - effilement à la pointe t = 0,216 - 'ainsi qu'un coude pour = 0o,4. La coupe représentée sur la figure 2 qui est faite de cette aile au point fi = 0,65 montre un profil qui se caractérise par un rayon de bord d'attaque relativement grand, une face dorsale plane ainsi qu2une forte courbure convexe dans la zone du bord arrière de l'aile, Par différence avec des ailes portantes connues présentant un profil surcritique, l'aile portante conforme à l'invention qui est représentée sur les figures 1 et 2 comporte un dispositif pour absorber une partie de l'écoulement de la couche limite à la surface de l'aile. Ce dispositif, représenté en détail partiel dans la figure 3 consiste - dans l'exemple de réalisation représenté ici de l'aile conforme à l'invention - en une fente d'aspiration 1 s'étendant en direction longitudinale de l'aile sur la face dorsale de son profil. Cette fente d'aspiration 1 est reliée à un groupe aspirateur - non représenté ici - par l'inter- médiaire d'un canal d'aspiration 2 s'étendant à l'intérieur de l'aile. Le groupe aspirateur en question peut être monte aussi bien dans l'aile ellemême que - pour les deux moitiés de l'aile en commun - dans le fuselage de l'avion. Sur la figure 2 est reportée en plus, au- dessus du profil de l'aile, l'allure de variation de la ligne de son, c'est-à-dire la limite entre le domaine supersonique et le domaine subsonique - sur la face dorsale de l'aile. Il en ressort que la position de la fente d'aspiration 1, par rapport à la profondeur du profil de l'aile, est choisie de telle manière que cette fente se trouve placée autant que possible au point de base du choc de compression, au passage du courant supersonique au courant subsonique. Ce choc de compression se situe - dans l'exemple de réalisation représenté ici - dans une zone de la profondeur du profil de l'aile comprise entre environ 55 et 70 %. La fente d'aspiration 1 est par conséquent prévue à une profondeur du profil de 60 % environ. Sur la figure 3, qui montre une portion découpée, à plus grande échelle, de la coupe d'aile représentée sur la figure 2 au point a = 0,65, est reporté en outre le profil de la vitesse d'écoulement de la couche limite en avant et en arrière de la fente d'aspiration 1, tel qu'il se présente lorsqu'on met en action le dispositif d'aspiration. La largeur s de la fente d'aspiration est alors dimensionnée de manière à être à peu près égale à une valeur comprise entre le quart et la moitié de l'épaisseur de la couche limite à aspirer, soit ZQ* La pression dans le canal d'aspiration est en outre choisie de telle manière, que la vitesse d'aspiration correspond à peu près à la vitesse d'écoulement moyenne de la couche limite à aspirer. On est assuré ainsi qu'il ne se produit pas de sensibles accélérations ou ralentissements de la fraction de couche limite à aspirer. D'après le profil de la vitesse d'écoule- ment de la couche limite, on se rend compte que, grâce à l'aspi- ration d'une partie de cette couche limite, on obtient que ce profil de vitesse s'améliore lorsqu'en même temps se produit un amincissement de la couche limite. Au total dans ces conditions l'écoulement de la couche limite est notablement moins menacé de décrochage à l'arrière de la fente d'aspiration 1. Sur la figure 4a est reportée, pour une aile portante déjà connue - dont le profil correspond à celui 7.- représenté sur la figure 2, mais ne comporte toutefois pas le dispositif d'aspiration prévu conformément à l'invention - la répartition de pression qui se présete le long de cette coupe de profil au point t = 0,65 avec un nombre de Mach M constant, mais avec des angles d'incidenced différents. Dans le cas de plan défini, avec un angle d'incidenceL = 2,50, la répartition de pression pour cette coupe d'aile présente sur la face dorsale de son profil un champ supersonique prolongé, qui passe sans choc à la zone subsonique. Dans des conditions hors adaptation ("off-design"), dans ce cas avec un angle d'incidence augmenté = -5 il se produit par contre à l2extrémité du champ supersonique un choc de compression, dont la force seaccroit davantage à mesure que le nombre de Mach et/ou langle dincidence augmentent. A partir deune force de choc déterminée il se produit, dans le cas de lvaile portante connue, tout d'abord un "souffle de décrochage" dé au choc, qui se traduit par un éclatement hns le cas d2intensités de choc encore plus fortes, L'éclatement correspondant à ce souffle de décrochage qui, dans le cas du profil d'aib représenté sur la figure 2, se produit sur le bord arrière de laile avant un décrochage de la couche limite, a la même signification que l'amorçage des chocs dûs à la turbulence ("buffet-bnset"), Sur la figure 4a a été reportée la répartition de pression qui correspond à cet amorçage des chocs ("buffet- onset") dans le cas de luaile portante connue. Le profil représenté sur la figure 2 se distingue alors en ce que la position du choc de compression ne varie que dans une mesure extrêmement faible le long de la profondeur du profil de l'aile jusqu'à ce que soit atteinte la limite o se produisent les chocs dûs à la turbu- lence (limite "buffet"). Sur la figure 4b la répartition de pres- sion le long de la coupe de l'aile au point j = 0,65 pour l'aile portante connue est comparée avec celle qui se présente pour l'aile conforme à l'invention lorsque le dispositif d'aspiration. est mis en action (CQ = coefficient d'aspiration). Les deux courbes sont valables pour le même angle d'incidence = 5,50, c'est-à-dire pour des conditions hors adaptation ("off-design"). Alors qu'avec l'aile portante connue, la limite oh se produisent les chocs dûs à la turbulence (limite "buffet") est déjà nette- ment dépassée et que l'écoulement sur la face dorsale de l'aile est décroché dans une large mesure, par suite de la mise en action du dispositif d'aspiration pour l'aile conforme à l'in- vention la limite en question n'est pas encore atteinte. Bien au contraire, il se présente encore ici un champ d'écoulement sans décrochage avec une position de choc à peu près inchangée. La figute 5 montre, également par compa- raison avec l'aile portante connue de même profilage, l'allure de variation du coefficient de portance Ca en fonction de l'angle d'incidence et, le long de la coupe d'aile conforme à la figure 2. On se rend compte que le coefficient de portance au-dessous de la limite o se produisent les chocs dûs à la turbulence (limite "buffet") n'est accru par- l'aspiration que dans une mesure extrêmement faible, tandis que, le dispositif d'aspiration étant mis en action, l'accroissement du coefficient de portante se poursuit au-delà de la limite en question. La représentation correspondante pour le coefficient de résistance Cw (figure 6) montre que ce coefficient, das le cas de l'aile portante connue, s'accroit très fortement lorsque la limite de passage à la turbulence (limite "buffet") est dépassée, tandis qu'un tel accroissement extrême-est évité avec l'aile portante conforme à l'invention. Dans le cas de la coupe d'aile représentée sur la figure 7 correspondant à un autre exemple de réalisation de l'aile portante selon l'invention, sont prévues trois fentes d'aspiration 3, 4, 5, ménagées à distance les unes des autres, et s'étendant à peu près parallèlement les unes aux autres, de telle sorte que toute une certaine zone de la profondeur du profil de l'aile se trouve occupée par ces fentes. Les fentes d'aspiration 3, 4 et 5 peuvent être mises en action sélective- ment, en fonction des conditions de l'afflux d'air. On obtient ainsi ce résultat que, même dans le cas d'une variation de position limitée du choc de compression relativement à la profondeur du profil de l'aile, l'aspiration peut toujours s'o- pérer par la fente d'aspiration qui est située au plus près du choc de compression. Ce résultat est également obtenu avec la variante d'agencement représentée sur la figure 8, o le canal d'aspiration 2 est recouvert par un écran 7 déplaçable en direction de la profondeur du profil de l'aile - qui est pourvu 9*,D lui-même d'une fente d'aspiration 6. En faisant varier la position de l'écran, on est ainsi assuré que la fente dtaspira- tion se trouve toujours à la base du choc de compression sur une zone hors adaptation (zone "off-design") qui est relativement étendue. Enfin la figure 9 représente une coupe d'aile correspondant à un autre exemple de réalisation de l'aile portante selon l'invention, qui garantit la possibilité, même dans des conditions d'afflux dQair pouvant varier dans certaines limites, de fixer localement la position du choc de compression0 Dans ce but, le contour de l8aile est modifié de telle manière, dans la zone de la fente d'aspiration 8, qutil en résulte dans cette zone une courbure de contour 9 faiblement convexe, qui a pour effet de permettre de fixer localement dans une large mesure la position du choc de compression. La fente d'aspiration 8 se situe alors directement à l'endroit du sommet de la courbure 9 du contour. 10.... 2470726 10.- REVENDICATIONS 1.- Aile portante d'avion présentant un profil surcritiqẻ donnant lieu à une répartition de pression avec laquelle un choc de compression se produit dans une zone déterminée de la profondeur du profil de l'aile sur la face dorsale de celle-ci, aile portante caractérisée par un dispositif (1) prévu dans l'aile pour aspirer une partie de la couche limite dans la zone du choc de compression. 2.- Aile portante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'aspiration consiste en au moins une fente d'aspiration (1, 3, 4, 5, 6, 8), ménagée sur la face dorsale de l'aile, et s'étendant en direction longitu- dinale de celle-ci, cette fente d'aspiration étant raccordée par l'intermédiaire d'un canal d'aspiration (2) à un groupe aspira- teur. 3.- Aile portante selon la revendication 2, caractérisée en ce que sont prévues en direction de la profon- deur du profil de l'aile, plusieurs fentes d'aspiration (3, 4, 5) pouvant être mises en action sélectivement, qui se situent les unes derrière les autres et s'étendent à.peu près parallèlement les unes aux autres. 4.- Aile portante selon la revendication 2, Caractérisée en ce qu' est prévu un écran (7) comportant une fente d'aspiration (6), monté de façon à pouvoir se déplacer sur une zone prédéterminée de la profondeur du profil de l'aile. 5.- Aile portante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, donnant lieu à une répartition de pression, sur la face dorsale de son profil, qui est exempte de choc dans les limites du plan défini, et avec laquelle, en dehors de ces limites, le choc de compression se produit à environ 55 à 70 % de la profondeur du profil de l'aile, aile caractérisée en ce que la ou les fentes d'aspiration (1, 3, 4, , 6, 8) sont ménagées dans une zone correspondant également à environ 55 à 70 % de la profondeur du profil de l'aile. 6.- Aile portante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en oe que la largeur des fentes d'aspiration (1, 3, 4, 5, 6, 8) ainsi que la pression dans le canal d'aspiration (2) sont choisies de telle manière que la vitesse d'aspiration correspond environ à la vitesse d'écoulement moyenne de la fraction de couche limite à aspirer. 1i1._ 2470726 7o- Aile portante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la largeur des fentes d'aspiration (1, 39 4, 59 69 8) est comprise environ entre le quart et la moitié de leépaisseur de la couche limiteo 8 = Aile portante selon lune quelcbnque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le profilage de l'aile présente, dans la zone de la fente d'aspiration (8)9 des modifications de contour locales pour fixer la position du choc de compression dans le cas de conditions dtafflux d2air variables 1.0 dans certaines limiteso 9g- Aile portante selon la revendication 8, caractérisée en ce que la modification de contour consiste en une courbure faiblement convexe (9) du contour de leaile en direction de sa profondeur dans la zone de la fente d*aspiration (8), cette fente d'aspiration (8) se situant alors directement à l'endroit de la courbure,