Brevet FR2503661A1 — publié le 19821015

L'invention concerne un procédé pour optimiser la condition de vol de croisière d'avions à ailes transsoniques, notamment pour les avions de ligne et les avions de transport.L'invention concerne en outre un dispositif pour la mise en application de ce procédé. Les ailes des avions de ligne modernes ainsi que des avions de transport civils et militaires sont pré- vues de façon croissante avec des profils hypercritiques.Les ai- les porteuses transsoniques conviennent ainsi pour améliorer considérablement les conditions économiques de ces avions et d' étendre en conséquence leurs limites dtapplications.Mais cela a aussi pour conséquence que pour des conditions de croisière qui s'écartent des conditions ayant servi de base à la déter mi- nation de l'aile, il se produit des pertes de puissances relati- vement élevées.Des écarts vis-à-vis de ces conditions de base, c'est-à-dire vis-à-vis des conditions optimales de vol de croi- sière de l'avion considéré sont cependant inévitables.Cela pro- vient entre autres de la charge due à l'occupation des places ainsi que des différences entre les profils de parcours et des valeurs différentes qui en résultent pour le poids de vol effec- tif, l'altitude de vol ainsi que la vitesse de l'avion. L'invention a pour but de fournir un procédé permettant, avec un avion du type indiqué dans le préambule, d'étendre davantage les limites du domaine de vol de croisière optimal, que ce soit au point de vue d'une consomma- tion de carburant minimale ou au point de vue d'un temps de vol prédéterxniné.Ltinvention a également pour but de réaliser un dispositif permettant de mettre en application le procédé confor- me à l'invention avec la dépense la plus faible possible tout en ayant une grande efficacité. L'invention atteint le premier but au moyen d'un procédé dans lequel on détermine à chaque instant les données effectives concernant l'altitude de vol, le poids de vol ainsi que la vitesse de vol et l'on fait varier de façon définie la courbure de l'aile en fonction de ces paramètres. Cela signifie qu'on agit de façon intentionnelle sur ltécoule- ment de l'aile par la variation de courbure recherchée en fonc- tion de la condition de vol correspnodant et qu'on effectue ainsi une régulation contrôlée des valeurs de portance et de !+l traînée pendant le vol de croisière. 2 2S0366 1 Au moyen des dispositions de comman- de prévues avec le procédé conforme à l'invention, la condition de projet favorable que l'on recherche est maintenue sur une étendue d'angles d'incidence et de nombres de Mach bien plus gran- de que ce qui serait possible dans de telles dispositions de com- mande. On peut en outre contrôler le décollement de bord arriè- re,le décollement direct induit par un choc ainsi que la posi- tion de choc pour des nombres de Mach élevés.En faisant varier l'allure de la courbure sur l'intrados de l'aile, on comman- de en outre la fraction de portance sur l'intrados (chargement arrière). D'autres dispositions analogues en liaison avec le procédé conforme à l'invention sont indiquées dans la suite.Ainsi,en faisant varier lacourbure de l'aile plus ou moins fortement dans la direction de l'envergure, on ajuste la distribution de la portance de l'aile dans la direc- tion de l'envergure de façon optimale à la condition de vol considérée. Une extension supplémentaire de la zone de vol de croisière économique dans des conditions d'écoulement transso- niques est en outre obtenue par la superposition d'un agrandis- sement de surface limité. Par l'augmentation ainsi obtenue de la profondeur de l'aile, on réduit davantage l'épaisseur de l'aile relative déterminante pour les écoulements transsoniques. Lorsque, suivant un autre mode de réa- lisation de l'invention,on fait varier non seulement la cour- bure du bord arrière de l'aile, mais aussi la courbure du bout de l'aile, les pertes d'incidence se produisant inévitablement lors d'une variation de la courbure du bord arrière sont encore réduites dans une large mesure. La condition d'écoulement recher- chée peut ainsi être commandée et maintenue dans une zone d'an- gles d'incidence et de nombres de Mach encore plus étendue. Dans la forme de réalisation prêfér&e du procédé conforme à l'invention, la commande prévue dans ce procédé pour le coefficient de planement c'est-à-dire la com- mande de propulsion et de résistance, est effectuée essentielle- ment au moyen du système à volets et à volets obturateurs de fente prévu pour la zone des faibles vitesses de l'avion, c'est- à-dire pour la phase d'envol et la phase d'atterrissage, ainsi que pour la commande de st position.On obtient ainsi un avantage 4o économique considérable. 3 2503661 Pour atteindre l'autre but, il est prévu conformément à l'invention, pour un système à volets de bord arrière constitué par des volets de force ascensionnelle et des volets obturateurs de fente, que les volets obturateurs reposent effectivement sous précontrainLe étroitement sur les volets de force ascensionnelle. On obtient ainsi que les volets obturateurs suivent, lors d'une variation de courbure provoquée par un pivotement des volets de force ascensionnelle, obligatoi- rement la déviation de ces volets et assurent ainsi une compen- sation du contour. Une compensation du contour particulièrement favorable à l'écoulement est obtenue par une disposition prévue conformément à un autre mode de réalisation de l'invention et suivant laquelle les volets obturateurs sont agencés pour être flexibles. D'autres dispositions appropriées pour accroître davantage l'efficacité du dispositif suivant l'inven- tion avec la dépense-la pIus-fàible possible sont indiquées dans la suite. On réalise ainsi une compensation du contour sur l'in- trados de l'aile grâce à des volets auxiliaires supplémentaires recouvrant la fente d'aile, ces volets reposant aussi sous pré- contrainte étroitement sur les volets de force ascensionnelle, la compensation du contour étant également optimale dans ce cas, lorsque ces volets auxiliaires sont également de réalisation flexible.Les volets auxiliaires recouvrant la fente sont notam- ment avantageux lorsque les volets de force ascensionnelle sont agencés sous forme de volets Fowler pour réaliser de la façon la plus simple possible des augmentations de surface de l'aile. D'une part, l'intervalle entre le bord arrière de l'aile et le volet Fowler considéré demeure encore recouvert même lorsque le volet est sorti de façon limitée.Dtautre part, ces volets auxi- liaires améliorent les conditions d'écoulement dans la fente lors de l'ervol à terre avec les volets Fowler complètement sor- tis, le comportement avec portance maximale étant ainsi amélio- ré. En outre, le coefficient de plânement est élevé par ces vo- lets auxiliaires en cas d'envol avec angle de volets réduit. Grâce à la-division, proposée en outre, du système de volets arrière en segments individuels, on crée une possibilité simple de faire varier plus ou moins forte- ment la courbure de l'aile sur l'envergure. De plus, pour évi- 4 ter des gradins,il est particulièrement avantageux que les 4 2503661' segments individuels soient respectivement réalisés avec une souplesse en torsion limitée. Enfin avec l'utilisation de la com- binaison proposée suivant un autre mode de réalisation de l'in- vention, d'un volet de bord avant avec un volet supplémentaire s'étendant vers l'intrados du bout de l'aile, on obtient la pos- sibilité de faire varier de façon simple et définie, en supplé- ment, la courbure du bout de l'aile, et ainsi, par une réparti- tion de pression commandée par le nombre de Mach, un gain de por- tance supplémentaire dans le sens de profondeur de l'aile, ainsi qu'une action favorable sur la répartition des moments. En putre, cette dispsition permet une amélioration supplémentaire du coef- ficient de planement d'envol et de la portance maximale. Par di- vision du système à volets de bord avant en segments individuels, qui sont en outre réalisés avec une souplesse enttorsion, on peut encore faire varier plus ou moins fortement la courbure de bout d'aile pour des zones différentes dans la direction de l'enver- gure. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés repré- sentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: les Figures 1 à 3 sont des vues en coupe de la zone du bord arrière d'une aile transsonique avec un dispositif pour la mise en application du procédé conforme à l'invention dans différentes positions; -les Figures 4 à 6 sont des vues en coupe du bord avant d'une aile transsonique avec un dispositif conforme à l'invention dans différentes positions; -la Figure 7 est une vue de dessus d'une aile transsonique; -la Figure 8a et la Figure 8b sont des vues schématiques de la commande de l'aile suivant la Figure 6 en vol de croisière; -la Figure 9 est un graphique repré- sentant les variations du coefficient de planement en fonction du coefficient de portance; -la Figure 10 est un graphique repré- sentant les variations du produit du nombre de Mach par le 4 coefficient de planement en fonction du nombre de Mach. 250366 1 Sur les figures, les mêmes éléments de construction sont désignés par les mêmes références. Le système de volets de bord, arrière d'une aile transsonique 1, représenté schématiquement sur les figures 1 à 3 comporte en premier lieu un volet dit volet Fowler à patte servant de volet de force ascensionnelle. De façon plus précise, ce volet est constitué par un premier volet 2 (aileron) monté pour pivoter et coulisser en direction longitudinale sur l'ossature de l'aile, ainsi que par un volet 3 patte articulée pour pivoter sur le volet 2. En outre, le système de volets de bord arrière comporte un volet obturateur de fente 4 monté à pivot sur l'ossature de l'aile, la partie d'extrémité arrière de ce volet obturateur reposant sous préchargement ou précontrainte sur les volets de force ascensionnelle 2, 3. Enfin, le dispositif représenté sur les figures 1 à 3 comporte, du c8té de l'intrados de l'aile, un volet auxiliaire 5 articulé pour pivoter sur l'ossature de l'aile, également sous une précontrainte dirigée vers l'inté- rieur. Dans la position des volets représentée sur la Figure 1, dans laquelle les volets de force ascensionnelle 2 et 3 sont complètement rentrés, le volet auxiliaire 5 recouvre l'intervalle ou fente 6 existant entre le volet 2 et le bord arrière de l'aile. Le volet obturateur 4 ainsi que le volet auxiliaire 5 dans l'exemple de réalisation de l'invention représenté sont, dans une mesure limitée, de réalisation flexi- ble. Leurs parties d'extrémité extérieures sont en outre façon- nées de façon telle qu'ils reposent sans gradin sur les volets de force ascensionnelle 2, 3. Comme le montre la Figure 2, la fente 6 demeure recouverte par le volet auxiliaire 5, même lorsque le volet 2 est sorti de façon limitée. La Figure 3 montre que lorsque les volets 2 et 3 sont complètement sortis, le volet auxiliaire 5 repose sur la paroi intérieure limitant la fente 6 et participe à l'amélioration des conditions d'écoulement dans la fente. Comme il ressort de la Figure 1 et de la Figure 2, le vo- let obturateur 4 ainsi que le volet auxiliaire 5 réalisent une compensation de contour optimale de l'extrados ou de l'intrados de l'aile lors d'un pivotement des volets 2 et 3 dans le sens positif ou dans le sens négatif. Sur les Figures 4 à 6, on a représenté 6 ?50366 1 le bord avant de l'aile transsonique 1 muni d'un volet avancé ou aileron 7 pouvant être sorti.Ce volet avancé 7 est alors agen- cé sous forme de volet dit de bord d'attaque avant. A l'extrémi- té avant du volet 7 est articulé pour pivoter à l'une de ses extrémités, du côté intérieur, un volet supplémentaire 8. Dans la position des volets représentée sur la Figure 4, l'autre extrémi- té du volet supplémentaire 8 repose sous préchargement ou pré- contrainte sur l'intrados du bout d'aile. Le volet 7 ainsi que le volet supplémentaire 8,qui dans l'exemple de réalisation représenté sont également tous les deux agencés pour être fle- xibles dans une mesure limitée, ont une forme telle qu'ils assu- rent dans chacune des positions de pivotement différentes du volet 7 indiquées sur la Figure 4, une compensation complète des contours aussi bien sur l'extrados que sur l'intrados de l'aile. 1.5 Ce dernier point est aussi valable, dans une étendue limitée, pour la position d'envol des volets 7 et 8 représentée sur la Figure 5, position dans laquelle le vo- let supplémentaire 8 recouvre encore la fente de bord d'attaque. La fente de bord d'attaque 9 n'est ouverte que dans la position représentée sur la Figure 6. Le volet supplémentaire 8 contribue donc à l'amélioration du profil de bord d'attaque ainsi qu'à une mise en forme de la fente plus favorable à l'écoulement, et par suite améliore la force ascensionnelle maximale. Il y alieu de remarquer encore que sur les figures 1 à 3 comme sur les figures 4 à 6, on n'a pas représenté, pour des raisons de clarté maximale des figures, les organes cinématiques de commande des volets 2,3,7 qui sont déjà connus en tant que tels. La Figure représente en plan l'aile transsonique 1 dans toute son étendue. On a également indiqué sur cette figure un moteur 10 disposé sous l'aile. Comme il ressort de la figure, les volets de bord d'attaque avant 7 ainsi que les volets de force ascensionnelle 2, 3 sont divisés en seg- ments individuels S1 à S4 et F, -à F respectivement. La même chose est valable por les volets obturateurs 4 constitués par des segments SP1 à SP8. On a encore indiqué sur cette figure un volet de courbure 11 recouvrant la fente, ce volet étant disposé dans la partie extérieure de l'aile 1 dans laquelle on ne peut pas utiliser de volets obturateurs de fente; le volet de courbure 11 assure la compensation du contour dans cette zone. 7 2503661 Dans le cas de l'exemple de réalisa- tion représenté, les segments S1 à S4 ainsi que les segments F à F5 sont agencés pour être souples en torsion dans une mesu- re limitée, de sorte qu'ils peuvent être déviés de façon plus ou moins forte sur l'étendue de la fente correspondante des segments Les figures 8a, 8b représentent les variations de courbure du bord arrière (Figure 8a) et du bord avant(Figure 8b) de l'aile que l'on peut obtenir avec la dispo- sition représentée sur la Figure 7. Ces variations sont repré- sentées par l'allure de variation de l'anale de déviation cor- respondant ides volets considérés. La courbe en trait plein représente la variation de l'angle dans la direction de l'enver- gure, pour autant que l'on utilise, comme décrit précédemment, des segments de volets présentant une souplesse limitée en tor- sion. Les courbes en trait interrompu représentent la même va- riation lorsqu'on utilise des segments de volets classiques. La mise en oeuvre de la disposition précédemment décrite lors de la mise en application du procédé conforme à l'invention résulte déjà, pour l'essentiel, des figu- res correspondantes. Conformément à ce procédé, on détermine, pour optimiser la condition de vol d'un avion se déplaçant dans la zone des vitesses élevées, c'est-à-dire en vol de croisière, et équipé d'ailes transsoniques suivant la description qui pré-,t cède, les données de vol effectives relatives à l'altitude de vol, au poids de vol effectif ainsi qu'au nombre de Mach. En fonction de ces paramètres effectifs, on exerce alors une in- fluence sur le coefficient de planerdent de l'avion, en comman- dant de façon définie la portance et la résistance de l'aile. Cela s'effectue en faisant varier de façon contr8lée l'écoulement de l'aile conformément aux condi- tions de bordure effectives ainsi qu'à des critères prédétermi- nés correspondants et leur optimation. Dans ce but, on peut faire varier la courbure du bord arrière ainsi que du bord avant de l'aile, d'une part, et augmenter la surface de l'aile d'autre part. On peut en outre faire varier de façon plus ou moins forte la courbure de l'aile dans la direction de l'envergure. Dans tous les cas, les variations requises sont effectuées avec une commande par calcul. L'effet du procédé conforme à l'inven- tion en ce qui concerne une extension possible du domaine de vol 8 2503661 de croisière le plus favorable est enfin représenté sur les fi- gures 9 et 10. La Figure 9 représente la relation qui existe entre le coefficient de planement ( L/D) et le coefficient de portance CL pour un nombre de Mach de croisière constant avec un avion comportant une géométrie d'aile fixe non commandée (courbe en trait mixe) d'une part, et l'application du procédé confor- me à l'invention ( courbe enveloppe de la zone hachurée), d'au- tre part. Dans ce dernier cas, le domaine de vol économique est considérablement étendu en raison des dispositions prises con- formément au procédé. La Figure 10 représente l'effet cor- respondant relatif à l'extension du domaine de vol économique sur une grande étendue de nombres de Mach. On a reporté dans ce cas le produit du nombre de Mach par le coefficient de planement en fonction du nombre de Mach.Dans ce cas également la courbe en trait mixte représente la variation qui se présente lorsqu'on n' utilise pas le procédé conforme à l'invention, tandis que la courbe en trait plein représente l'extension des limites depor- tance et par suite du domaine de vol de croisière économique que l'on obtient par la mise en application du procédé conforme à l'invention. Enfin, on mentionnera encore que le procédé précédemment décrit est bien entendu applicable indépen- damment du type du système de volets de bord arrière, c'est-à- dire, par exemple également avec des volets Fowler à fente sim- ple sans patte ainsi qu'avec des volets Fowler à fentes multi- ples. "503661 REVENDICATIONS 1-Procédé pour optimiser la condition de vol de croisière d'avions à ailes transsoniques, notamment pour les avions de ligne et les avions de transport caractérisé en ce qu'on détermine à chaque instant pendant le vol les données effectives concernant l'altitude de vol, le poids de vol ainsi que la vitesse de vol et l'on fait varier de façon définie la courbure de l'aile (1) en fonction de ces paramètres. 2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait varier la courbure de l'aile (1) plus ou moins fortement dans la direction de l'envergure. 3-Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on fait varier de façon définie, en plus de la courbure, également la grandeur de la surface de l'aile (1). 4-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fait varier la courbure du bord arrière de l'aile ainsi que la courbure du bord avant de l'aile. 5-Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on contr8le les variations de courbure du bord avant et du bord arrière de l'aile (1) indépendamment l'une de l'autre. 6-Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on effectue les va- riations de courbure de l'aile (1) au moyen du système de volets et de volets obturateurs de fente (2,3,7) prévu pour la zone des basses vitesses et la commande de position de l'avion. 7-Dispositif pour la mise en applica- tion du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 sous forme d'un système de volets de bord arrière comprenant des volets de force ascensionnelle ainsi que des volets obturateurs de fente, caractérisé en ce que les volets obturateurs (4) reposent sous précontrainte étroitement sur les volets de force ascensionnelle(2,3). 8-Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les volets obturateurs de fente (4) sont de réalisation flexible. 9-Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 7 et 8, présentant une fente entre le bord 1 0 ?50356 1 arrière de l'aile et les volets de force ascensionnelle, carac- térisé en ce qu'il comporte des volets auxiliaires (5) recouvrant la fente (6) et disposés sur l'intrados de l'aile (1), ces volets reposant, également sous précontrainte, étroitement sur les vo- lets de force ascensionnelle (2,3). -Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que les volets auxiliaires (5) sont également de réalisation flexible. 11-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les volets de force ascensionnelle (2,3) sont agencés sous forme de volets Fowler. 12Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le système de volets de bord arrière (2,3) est divisé en segments (F1 à F5) pouvant être commandés séparément. 13-Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les segments individuels (F1 à F5) sont agencés pour présenter une souplesse en torsion limitée sur l'envergure de chaque segment. 14-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, dans lequel l'aile est, de plus, munie d'ailerons avancés pouvant être sortis, caractérisé en ce que les ailerons avancés sont agencés sous forme de volets de bord d'attaque avant (7), sur les extrémités desquels des volets supplémentaires (8) sont articules pour pivoter sur l'intrados de l'aile, les volets de bord d'attaque avant (7) ainsi que les volets supplémentaires (8) reposant sous précontrainte sur l'os- sature de l'aile (1). 15-Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la partie des volets de bord d'atta- que (7) voisine du bout de l'aile ainsi que les volets supplé- mentaires (8) sont de réalisation flexible. 16-Dispositif selon l'une ou l'autre des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le système de volets de bord avant constitué par des volets de bord d'atta- que (7) ainsi que des volets supplémentaires (8) est divisé en segments individuels (S1 à S4) chaque segment présentant une souplesse en torsion limitée sur son envergure.