Brevet FR2527164A1 — publié le 19831125

-1- 2527 1 6 4 L'invention concerne un agencement à bord d'avions d'équipements de propulsion à hélices, dans la zone de la partie arrière du fuselage, en particulier d'équipements de propulsion à turbo-propulseurs. Pour disposer un équipement de propulsion de ce type lors de la définition-d'un avion, un certain nombre de possibilités d'installation s'offrent au choix en fonction des critères de conception prévus pour l'ap- pareil. Ainsi par exemple, on peut disposer au moins un groupe moto-propul- seur de chaque côté du fuselage, fixé aux ailes. îO Avec ce mode d'agencement très répandu il faut cependant s'accomo- der du fait qu'en particulier lors de la défaillance subite de l'un des moteurs, un couple pertubateur important apparaît aussi subitement autour de l'axe de giration Il apparaît également avec ce mode d'agencement de moteurs des problèmes de bruit qui affectent le confort dans la cabine des passagers, ceci étant dû à la création d'ondes sonores par les hélices Les souffles d'hélices provoquent en outre des turbulences qui compromettent les écoule- ments autour des ailes Un autre problème apparaît avec ce mode d'agencement des groupes moto-propulseurs sur les ailes, à savoir que les hélices exercent une action destabilisatrice sur l'avion Des mesures pour atténuer cette action défavorable consistent à augmenter les dimensions de l'empennage vertical Ceci entraîne alors un supplément de poids pour l'avion et une aug- mentation de la surface portante. Une autre solution pour disposer les moteurs consiste à en loger un à l'avant du fuselage et un dans la partie arrière du fuselage A côté des avantages obtenus, ceci soulève des problèmes aérodynamiques dûs à l'influ- ence des écoulements autour des ailes et le long du fuselage dans la zone d'action de l'hélice de tête Avec cette disposition, il n'est pas possible d'obtenir un écoulement laminaire En outre, l'espace pris par les moteurs dans le fuselage de l'avion est, avec cette disposition, considérable. Une autre manière connue de disposer les moteurs consiste à les loger en tandem à l'arrière du fuselage De cette façon, les deux moteurs entraînent la même hélice Ce mode de fixation représente, il est vrai, une solution favorable par rapport aux inconvénients mentionnés des conceptions antérieurement décrites, mais néanmoins, malgré la présence de-deux moteurs, il n'y a aucune sécurité si des défaillances surviennent dans la transmission des mouvements à l'hélice commune ou en cas de défaillance de l'hélice elle- même En outre, le diamètre du cercle de rotation de l'hélice est limité par l'angle de rotation 3 (angle libre) à respecter au départ. La charge spécifique de l'hélice est définie par la formule -2- 2,27 1 6 4 KW D 2 ' D o KW est la puissance motrice et D le diamètre du cercle de rotation de l'hélice. Comme d'autre part l'efficacité d'une hélice diminue lorsque sa charge augmente, il existe donc une marge relativement faible pour définir une hélice quant à la surface du cercle de rotation D La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients inhérents aux solutions connues et de proposer une conception d'avion qui mette en oeuvre au moins deux groupes moto-propulseurs totalement indépen- dants localisés à l'arrière du fuselage pour obtenir des écoulements aéro- dynamiques plus favorables et une stabilité améliorée En outre, elle doit faciliter une meilleure exécution de la structure de la cellule arrière du fuselage pour supporter les groupes moto-propulseurs. Le but recherché a été atteint par l'invention par le fait que a) l'équipement de propulsion est formé d'au moins deux groupes motopropulseurs fonctionnant indépendamment l'un de l'autre, que b) pour loger l'équipement de propulsion, la partie arrière du fuselage est formée d'un compartiment de fuselage central partant du contour extérieur' de la partie principale du fuselage, se prolongeant vers la queue du fuselage en s'amincissant et de compartiments de fuselage d'un seul tenant avec le compartiment central et en nombre égal à celui des groupes moto- propulseurs, que c) les compartiments latéraux possèdent un contour extérieur de forme fuselée à section décroissante en direction de la queue du fuselage venant se raccorder au diamètre des moyeux d'hélices des groupes moto-pro- pulseurs respectifs, et que d) les hélices des groupes moto-propulseurs sont disposées dans une zone à l'arrière du fuselage ou derrière la cellule de l'avion. Avec cet agencement selon l'invention, une augmentation considéra- ble de la sécurité en cas de défaillance de l'équipement de propulsion de l'avion a été obtenue par le fait que les groupes moto-propulseurs fonction- nant de façon totalement indépendante les uns des autres se composent chacun d'un moteur avec ses moyens de transmission et d'une hélice En liaison avec la disposition particulière des moteurs, les turbulences de l'écoulement de l'air sur le fuselage et les ailes, suscitées par les hélices, sont évitées et, de plus, l'écoulement à couche limité sur le fuselage est repris par l'hélice tournant derrière la cellule de l'avion et reporté plus loin En outre, en raison de la forme du compartiment central en conjonction avec les ào compartiments latéraux, l'écoulement de l'air à la partie supérieure du 252716 4 compartiment central devant les hélices est, au moins en partie, retardé de façon avantageuse par la formation d'un effet de diffuseur. De plus, grâce à la disposition de l'équipement de propulsion dans la partie arrière du fuselage, on obtient un effet de stabilisation dû aux hélices et particulièrement par vent latéral. Par la disposition des groupes moto-propulseurs dans la partie arrière du fuselage, il est, en outre, obtenu que, contrairement à ce qui se passe quand les moteurs sont fixés aux ailes, la cabine demeure en dehors de la zone perturbée par les ondes sonores des hélices Il en résulte une réduc- tion considérable du niveau sonore dans la cabine des passagers. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, il est prévu que le contour extérieur du compartiment central de la partie-arrière du fuselage présente une forme qui, par rapport à l'axe de coordonnées Z, s'aplatit progressivement, à partir du contour extérieur de la partie prin- cipale du fuselage Cet aplatissement du compartiment central en conjonction avec les compartiments latéraux fuselés procure à la queue du fuselage une forme favorable au point de vue aérodynamique En liaison avec ceci, il y a aussi la construction avantageuse d'un fuselage rigide qui convient parti- culièrement bien au montage des moteurs et et de leurs dispositifs auxi- liaires D'autres caractéristiques avantageuses figurent dans la description suivante d'exemples de réalisation de l'invention représentés dans le dessin annexé dans lequel La figure 1 illustre la réalisation selon l'invention d'un avion, en vue de profil, La figure 2 est une vue de dessus de l'avion de la figure 1, La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2 en représen- tation schématique, La figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 2 représentée schématiquement, La figure 5 illustre une autre forme de réalisation d'avion diffé- rente par la disposition de l'empennage arrière représentée schématiquement en vue de profil à partir d'une section de la figure 1, La figure 6 est ufne vue-de dessus de l'arrière de l'avion selon la figure 5, La figure 7 est une vue frontale de l'avion entier selon les figures 5 ou 6, La figure 8 est une coupe schématique selon VIII-VIII de la figure 6, La figure 9 illustre en vue de dessus un autre exemple de réalisa- tion de l'arrière de l'avion avec deux hélices tournant dans des plans décalés, 2 '27 164 La figure 10 est une vue de dessus d'un avion à configuration "ailes de canard" dont l'arrière est réalisé selon l'un des exemples des figures 1 à 9, La figure Il montre dans une coupe effectuée transversalement à la partie arrière du fuselage, des détails de la structure du fuselage avec les éléments de suspension des moteurs, La figure 12 illustre une forme de réalisation d'agencement d'équi- pement de propulsion avec une liaison synchrone entre les deux groupes moto- propulseurs et; La figure 13 illustre un mode de réalisation avec une disposition des groupes moto-propulseurs dans laquelle les cercles de rotation des hélices se trouvent dans des plans qui font un angle entre eux. Dans le mode de -réalisation illustré aux figures 1 à 4, on a dési- gné par 1 le fuselage complet qui se divise en 2, une partie principale 2 pour recevoir la charge utile, une partie arrière 3 supportant l'empennage 6 et recevant l'équipement de propulsion 4 Les ailes de l'avion sont désignées par 5 L'équipement de propulsion 4 intégré dans la partie arrière 3 du fuselage comporte des groupes moto-propulseurs 8, 8 ', situés de chaque côté du plan vertical longitudinal médian de l'avion E- E et à l'intérieur de la partie de cellule arrière 3. Pour loger les groupes moto-propulseurs 8, 8 ', la partie arrière 3 du fuselage présente un contour de cellule qui se compose d'un compartiment de fuselage central 11 et de deux compartiments de fuselage latéraux 12, 12 ' d'un seul tenant avec lui Le compartiment central Il présente un contour extérieur qui, à partir du contour extérieur de la partie principale 2 du fuselage, possède, par rapport à l'axe de coordonnées Z, une forme qui va en s'aplatissant de plus en plus vers l'arrière de l'avion Le compartiment central 11, au voisinage de la queue de l'avion, passe d'une forme aplatie à une arête arrière 14 en forme de lame s'étendant suivant la direction de l'axe de coordonnées Y Les compartiments latéraux 12, 12 ' présentent, à partir de la partie principale 2 du fuselage, une forme fuselée allant en se rétrécissant vers l'arrière et servent à recevoir les groupes moto-propul- seurs 8, 8 '. A l'extrémité arrière des compartiments latéraux et derrière l'empennage arrière 6 sont disposées les hélices de propulsion 31, 31 ', dont les cercles de rotation 34, 34 ' sont situés sans se recouvrir mutuellement dans un plan de ration commun El-El perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'avion Le contour extérieur fuselé des compartiments latéraux 12, 12 ' se prolonge vers l'arrière du fuselage en s'amincissant et jusqu'à un diamètre qui correspond à celui des moyeux 32, 32 ' des hélices 31, 31 ' des groupes -5 9257 164 moto-propulseurs 8, 8 ' Les moteurs 9, 9 ' des groupes moto-propulseurs 8, 8 ' sont aussi rapprochés que possible du plan vertical longitudinal médian E-E de l'avion et également aussi près que possible de la partie principale du fuse- lage 2, c'est-à-dire, par rapport à l'axe longitudinal de l'avion, derrière la cellule recevant la charge utile. Pour la liaison des hélices 31, 31 ' aux moteurs 9, 9 ', deux arbres de transmission 25, 25 ' sont disposés à l'intérieur des compartiments laté- raux Les arbres -relient les arbres de sortie des moteurs par des accouple- ments 26, 26 ' et 27, 27 ' aux hélices 31, 31 ' par l'intermédiaire de réducteurs 28, 28 '. Pour l'entrée d'air et la sortie des gaz des moteurs choisis dans cet exemple en version turbo-propulseurs, les compartiments latéraux 12, 12 ' de la partie arrière du fuselage 3 ont un contour extérieur en saillie du contour extérieur de la partie principale du fuselage 2, pour recevoir les équipements d'entrée d'air et de sortie de gaz, respectivement 20, 20 ' et 21, 21 ' avec les prises d'air 19, 19 ' et les tubulures d'admission d'air Les ouvertures d'entrée d'air 24, 24 ' des moteurs 9, 9 ' sont donc reliées aux prises d'entrée d'air 19, 19 ' par l'intermédiaire de tubulures d'admission placées à l'intérieur des compartiments 12, 12 '. Comme on le voit en particulier sur la figure 2, les moteurs-9, 9 ' et leurs arbres de transmission 25, 25 ' ont leurs axes longitudinaux qui, par rapport au plan longitudinal médian E-E, vont en s'écartant vers l'arrière de sorte que, malgré la disposition des moteurs 9, 9 ' aussi près que possible du plan vertical longitudinal médian E-E, il est possible de prévoir des hélices 31, 31 ' ayant des diamètres de cercles de rotation relativement grands dans le plan commun de rotation El-El à condition que les cercles de rotation des hélices 34, 34 ' ne se recoupent pas Pour cela le contour des compartiments latéraux 12, 12 ' se prolonge en se rétrécissant vers l'arrière, de façon que le contour de section de la partie de fuselage arrière 3 demeure appro- ximativement constant sur toute sa longueur Le compartiment central de fuselage 11 présente en outre une largeur croissante en direction de l'ex- trémité du fuselage. Sur les figures 3 et 4, on voit l'évolution du contour extérieur de la partie arrière 3 du fuselage à partir du contour extérieur de la partie principale du fuselage 2, au niveau de la coupe III-III de la figure 1 dans les compartiments latéraux 12, 12 ' et le compartiment central 11. Sur les figures 1 à 3 et 9 ainsi que 5 à 8 sont représentés deux exemples différents de réalisation pour la disposition et la conception de l'empennage d'un avion en liaison avec la conception particulière de la partie arrière du fuselage 3. Dans la version selon les figures 1 à 3, 1 'empen nge 6 est réal{sd -6 2527164 suivant la forme dite en Y Dans ce cas chacun des compartiments fuselés 12, 12 ' porte un plan fixe 40, 40 ' incliné vers l'extérieur, avec son gouvernail correspondant 41, 41 ' et le compartiment central 11, un plan fixe vertical 43 dirigé vers le bas avec un gouvernail 44 Dans la version selon les figures 5 et 6, qui se rapport à la version selon les figures 1 à 4, les hélices 31, 31 ' sont situées derrière la queue du fuselage, c'està- dire derrière la cellule du fuselage. La version d'empennage selon les figures 5 à 8 dérive d'une forme d'empennage dite en T Le plan fixe du gouvernail de direction 45 avec sa surface de gouvernail 46 est disposé verticalement sur le compartiment central Il de la partie arrière du fuselage 3. Le plan fixe de gouvernail 45 supporte d'une manière connue en une disposition en T le plan fixe de gouvernail de profondeur 48 avec les surfaces de commande de profondeur 49, 49 ' Dans cette disposition l'empen- nage 6 dépasse en hauteur les hélices de propulsion 31, 31 ' mais toutefois les hélices 31, 31 ' demeurent aussi dans ce cas derrière la cellule du fuselage. Dans la version selon la figure 9, les hélices 31, 31 ' sont décalées l'une par rapport à l'autre dans le sens de l'axe longitudinal de l'avion, de façon que les cercles de rotation des hélices 34, 34 ' demeurent dans des plans parallèles l'un par rapport à l'autre mais décalés, El-El et respectivement E 2-E 2 Dans cette version il est aussi envisageable que les cercles de rotation des hélices 34, 34 ' viennent à se recouvrir Le reste de la configuration de la partie arrière du fuselage 3 correspond aux exemples de réalisation des figures 1 à 8. Dans la figure 10 est représentée une version avantageuse pour la mise en oeuvre de l'invention de la voilure de l'avion et de l'empennage. La réalisation dérive d'une configuration généralement connue sous le nom d' "ailes de canard" Les ailes 50 sont disposées dans la zone de la partie arrière du fuselage 3, associées aux compartiments latéraux 12, 12 ' De. façon connue les ailes de canard 51 sont placées dans la zone avant de la partie principale du fuselage 2 Dans cette configuration, l'entraînement des hélices est effectué directement par les moteurs, les arbres d'entraî- nement et leurs accouplements disparaissant. On voit sur la figure 11 la structure de cellule de la partie arrière du fuselage 3 pour la suspension des moteurs 9, 9 ' Sur les parois latérales de fuselage 54, 54 ' du compartiment central 11, disposées dans le sens de la longueur du fuselage sont prévus des bras de suspension 55, 55 ' avec des éléments de suspension usuels 56, 56 '; 57, 57 ', qui coopèrent avec des éléments correspondants des moteurs 9, 9 ' pour assurer leur -7- 2,27 164 fixation à la structure de la cellule Les parois 54, 54 ' constituent les limites latérales du compartiment central du fuselage Il et la jonction structurelle pour les compartiments latéraux 12, 12 '. Sur la figure 12 est représenté un mode de réalisation avec liaison synchrone 60 entre les hélices 31, 31 ' En outre les arbres de transmission 25, 25 ' sont reliés aux réducteurs d'hélices 28, 28 ' ou aux moyeux d'hélices par des mécanismes à roue libre 61, 61 ' et des renvois d'angle 62, 62 ' Les renvois d'angle 62, 62 ' assurent une liaison entre les réducteurs d'hélices 28 et 28 ' des moteurs 9, 9 ' par l'intermédiaire d'un arbre de liaison 64 En cas de panne de moteur les deux hélices 31, 31 ' restent disponibles pour assurer la poussée, grâce aux renvois d'angle 62, 62 ' et à l'arbre de liaison 64 Il en résulte en cas de défaillance d'un des moteurs 9, 9 ' une meilleure propulsion par le moteur encore intact En outre, lors de la défaillance de l'un des moteurs 9, 9 ', l'entraînement par un des moteurs 9, 9 ' des deux hélices 31, 31 ' évite totalement l'apparition d'un couple perturbateur autour de l'axe vertical de l'avion De plus, les hélices 31, 31 ' tournent aussi de façon tout à fait synchrone avec des moteurs intacts 9, 9 ' Ainsi il est possible de disposer les hélices 31, 31 ' de façon que les pales des hélices 33, 33 ' des moteurs 9, 9 ' tournent décalées les unes par rapport aux autres dans le sens de rotation de sorte que les pales des hélices 31, 31 ' sont séparées mutuellement par un vide. Avec cette caractéristique on obtient une réduction du bruit des hélices. Enfin la figure 13 montre une disposition des hélices 31, 31 ' dans laquelle les cercles de rotation des hélices 34, 34 ' sont situés dans des plans E 3-E 3 et respectivement E 4-E 4 qui sont verticaux et forment entre eux un angle g -8 2527 1 6 4 REVENDICATIONS 1 Agencement à bord d'avions d'équipements de propulsion à hélices, dans la zone de la partie arrière du fuselage, en particulier d'équipements de propulsion à turbo-propulseurs, caractérisé par le fait que: a) l'équipement de propulsion ( 4) est formé d'au moins deux groupes motopropulseurs ( 8, 8 ') indépendants l'un de l'autre, que b) pour loger l'équipement de propulsion ( 4) la partie arrière du fuselage ( 3) est formée d'un compartiment central (il) de fuselage partant du contour extérieur de la partie principale du fuselage ( 2), se prolongeant vers la queue du fuselage ( 14) en s'amincissant et de compartiments latéraux de fuselage ( 12, 12 ') d'un seul tenant avec le compartiment central ( 11) et en nombre égal à celui des groupes moto-propulseurs ( 8, 8 '), que c) les compartiments latéraux ( 12, 12 ') possèdent un contour extérieur de forme fuselée à section décroissante en direction de la queue ( 14) du fuselage, venant se raccorder au diamètre des moyeux ( 32, 32 ') des hélices des groupes moto-propulseurs ( 8, 8 ') respectifs et que d) les hélices ( 31, 31 ') des groupes moto-propulseurs ( 8, 8 ') sont disposées dans une zone à l'arrière du fuselage ( 1) ou derrière la cellule de l'avion. 2 Agencement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le contour extérieur du compartiment central ( 11) de la partie arrière du fuselage ( 3), présente par rapport à l'axe de coordonnées Z, une forme de plus en plus aplatie à partir du contour extérieur de la partie princi- pale du fuselage ( 2). 3 Agencement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le contour extérieur du compartiment central du fuselage ( 11) présente une forme de lame dans la zone de l'extrémité queue du fuselage, ladite lame ( 14) étant horizontale. 4 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le contour extérieur des compartiments latéraux ( 12, 12 ') fait saillie extérieurement par rapport à celui de la partie principale du fuselage ( 2), au moins en partie, pour recevoir les équipe- ments d'entrée d'air ( 20, 20 ') et/ou de sortie de gaz ( 21, 21 '). 5 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le compartiment central ( 11) s'élargit vers l'arête en forme de lame ( 14) de la partie arrière du fuselage ( 3) par rapport à l'axe de coordonnées Y, en correspondance avec la forme fuselée amincie des compartiments latéraux du fuselage ( 12, 12 '). _ 9 _ 9 _ 9 7164 6 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les compartiments latéraux ( 12, 12 ') reçoivent les dispositifs additionnels et auxiliaires des moteurs ( 9, 9 ') - 7 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les moteurs ( 9, 9 '), par leur position dirigée vers l'axe longitudinal de l'avion, sont disposés aussi près que possible de la cellule recevant la charge utile ou de la partie principale du fuselage ( 2). 8 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que des arbres de transmission ( 25, 25 ') sont prévus pour assurer l'entraînement des hélices ( 31, 31 ') à partir des moteurs ( 9, 9 '). 9 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les axes longitudinaux des réacteurs ( 9, 9 ') et/ou les arbres ( 25, 25 ') s'écartent vers l'extérieur en direction de l'extrémité du fuselage. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que les cercles de rotation ( 34, 34 ') des hélices ( 31, 31 ') des groupes moto-propulseurs ( 8, 8 ') sont situés dans un même plan vertical (El-El). 11 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que les cercles de rotation ( 34, 34 ') des hélices ( 31, 31 ') se trouvent dans des plans (El-El, E 2-E 2) perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'avion et décalés l'un par rapport à l'autre le long de cet axe longitudinal. 12 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 àll, caractérisé par le fait que les cercles de rotation des hélices ( 34, 34 ') se recouvrent partiellement. 13 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 11, 12, caractérisé par le fait que les cercles de rotation des hélices ( 34, 34 ') se trouvent-dans des plans (E 3-E 3; E 4-E 4) inclinés d'un angle (y) par rapport au plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'avion. 14 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que les moteurs ( 9, 9 ') sont supportés par des bras de suspension ( 55, 55 ') qui sont fixés à la structure primaire du fuselage formée par le compartiment central ( 11). Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que les bras de suspension ( 55, 55 ') des moteurs sont fixés aux parois latérales ( 54, 54 ') formant la structure portante primaire du compartiment central ( 11). -10 2527164 16 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que les hélices ( 31, 31 ') ou les réducteurs d'héli- ces associés ( 28, 28 ') sont en liaison synchrone au moyen d'un arbre de liaison ( 64) par des mécanismes à roue libre ( 61, 61 ') et des renvois d'angle ( 62, 62 '). 17 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que l'avion est réalisé de façon connue en configu- ration canard. 18 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé par le fait que l'empennage ( 6) est réalisé en Y, les plans fixes de gouvernails ( 40, 40 ') étant inclinés vers l'extérieur par rapport au plan vertical longitudinal médian de l'avion, au-dessus des compartiments latéraux ( 12, 12 ') de la partie arrière du fuselage ( 3) et qu'un plan fixe de gouvernail ( 43) vertical est prévu en-dessous du compartiment central ( 1 l). 19 Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que l'empennage ( 6) a la forme d'un T dont le plan fixe de gouvernail de direction ( 45) est porté par le compartiment central ( 11) de la partie arrière ( 3) du fuselage.