Brevet FR2543103A1 — publié le 19840928

Frein de vibrations aéroélastiques pour avions La présente invention concerne un dispositif pour accrottre les vitesses auxquelles des ailes transsoniques ou d'autres ailes qui risquent de faire l'objet de vibrations aéroélastiques ou flutter subissent de telles vibrations, ces vitesses étant déterminées par l'intermédiaire de capteurs. L'augmentation des prix de carburants conduit à apporter à la géométrie d'ailes modifiées ou de conception inédite des changements qui ont toutefois pour conséquence de réduire en même temps de façon imprévue et dans des proportions inacceptables la vitesse de l'aile qui est critique pour les vibrations aéroélastiques. Pour éviter des suppléments de poids dus à des renforcements nécessaires de la structure peuvent être utilisés des systèmes spéciaux Jusqu'à présent il est connu d'utiliser des gouvernes ou volets mis en mouvement périodiquement et destinés à empêcher le "flutter" Il s'agit là de certains types de mouvements propres de la cellule élastique de l'avion qui avec l'accroissement de la pression dynamique sont de moins en moins amortis et prennent naissance au-dessus d'une vitesse critique Généralement ce flottement conduit à la rupture de la structure qui en fait l'objet C'est pourquoi on procède déjà au stade de la construction à des calculs dits de flutter afin de résoudre ce problème dès le départ par un accroissement de la rigidité et des modifications apportées à la construction. Dans des avions de haute puissance un système d'amortissement de vibrations aéroélastiques actif était utilisé pour accroître la vitesse critique pour le flutter et la porter à un minimum prédéterminé Ce système, qui est constitué par des capteurs, régulateurs et organes de réglage, modifie le -comportement naturel de la structure et/ou produit un amortissement -5 aérodynamique artificiel En tant qu'organes de réglage sont prévus sur des ailes soit l'aileron, soit des organes analogues qui sont à cette fin périodiquement mis en mouvement avec une fréquence égale à la fréquence propre des ailes Un système de ce genre présente cependant le risque d'un défaut de fonctionnement par exemple dans ce sens que, par suite de déphasages, des vibrations aéroêlastiques ne sont pas amorties mais au contraire additionnellement amorcées Pour y remédier il faut alors prévoir des organes additionnels et prendre des mesures supplémentaires. La présente invention a pour but de proposer des mesures qui permettent d'amortir des vibrations aéroélastiques à coup s r et de manière fiable et ce. dans les cas o le flutter se produit, sans renforcement de la structure, à des vitesses V > VMO. Ce but est atteint, en ce qui concerne un dispositif pour accroître les vitesses auxquelles des ailes transsoniques ou d'autres ailes qui risquent de faire l'objet-de vibrations aéroélastiques ou flutter subissent de telles vibrations, ces vitesses étant déterminées par l'intermédiaire de capteurs, par le fait que sous l'action de capteurs de vitesse, en cas de dépassement d'une vitesse limite ou d'un nombre de Mach limite, ou sous l'action de capteurs répartis sur l'aile, en cas de dépassement d'un niveau d'oscillation prédéterminé, des organes aérodynamiques auxiliaires sont, du fait de l'instabilité déclenchée par le phénomène de flutter, commandés et amenés dans une position qui est ensuite maintenue et sont, après disparition de l'instabilité due au flutter ou lorsque la vitesse descend au-dessous d'un seuil déterminé, à nouveau rentrés automatiquement ou manuellement. Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-dessous et représentés aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue frontale schématique d'un avion présentant une déviation dynamique "z" des ailes; la figure 2 est un graphique représentant le mouvement des ailes en présence et en l'absence du frein de vibrations aéroélastiques selon l'invention; la figure 3 est un graphique représentant le mouvement de sortie d'un spoiler après dépassement de certaines limites d'accélération de structure'; la figure 4 est une coupe transversale schématique d'un profil d'aile avec un volet formant spoiler dans la position sortie; la figure 5 est une coupe transversale schématique d'un profil d'aile avec un générateur de tourbillon dans la position sortie-; et la figure 6 est une vue de dessus partielle de la disposition de générateurs de tourbillon sur le bord d'attaque d'une aile. Dans le cas d'avions de haute puissance les ailes dites transsoniques présentent en ce qui concerne la vitesse critique pour les vibrations aéroélastiques un minimum distinct Ce minimum se situe, comme l'expérience le montre, à proximité du nombre de Mach pour lequel l'aile a été conçue (transonic dip) Le fait que la vitesse à laquelle des vibrations aéroélastiques se produisent augmente à nouveau pour des nombres de Mach supérieurs aux nombres de Mach retenus lors de la conception peut s'expliquer dans une large mesure rien que par l'allure modifiée des accroissements de portance stationnaire locale et/ou par le déplacement des points neutres stationnaires locaux, c'est-à-dire par la répartition de ces coefficients le long de l'envergure de l'aile L'invention met à présent cet effet à profit et fait varier au moyen de volets formant spoilers 13 ou de générateurs de tourbillon 14, dès le début de l'instabilité provoquée par le flutter, les accroissements de portance locaux et/ou les positions des points neutres Cette variation s'effectue de manière stationnaire et il en résulte un accroissement désiré de la vitesse critique pour les vibrations aéroélastiques. En cas d'utilisation de volets formant spoilers des déviations relativement faibles de l'ordre de 5 à 150 suffisent déjà Une condition toutefois doit être respectée, à savoir celle consistant à reconnaître à temps l'instabilité due au flutter et à déclencher de façon suffisamment rapide les mesures proposées Ceci est obtenu par le fait que les capteurs 12 permettent aux organes aérodynamiques auxiliaires, c'est-à-dire les volets formant spoilers 13 ou les générateurs de tourbillon 14, d'être commandés à l'intérieur d'un intervalle de temps d'environ 200 à 400 millisecondes après l'émission du signal de commande. Le mouvement de sortie d'organes aérodynamiques auxiliaires appropriés provoqué par l'intermédiaire d'un signal de vitesse peut cependant également, pour des vitesses supérieures à V Mo, s'effectuer plus lentement de telle sorte que l'intervalle de vitesse entre VMO et VD t c'est-à-dire entre MMO et M, se trouve réduit et que par exemple pour des vitesses VMO constantes soient obtenues des vitesses VD ou M moins élevées. La réglementation actuelle en matière de construction d'avions (FAR) stipule que des avions de ligne doivent rester exempts de flutter jusqu'à des vitesses de 1,2 VD, c'est-à-dire (VD > VMO) V VMO = maximum operating speed = vitesse de service maximale VO = cruise speed = vitesse de croisière Les mesures proposées sont donc prévues en premier lieu pour des types d'avions dans lesquels, sans renforcements du système, les vibrations aéroélastiques se produisent à des vitesses V > VVO En vol de croisière le surcroît de résistance occasionné par la sortie de spoilers ne serait pas tolérable, alors qu'à des vitesses supérieures à VJYO et notamment à VD de telles variations de résistance ne revêtent plus aucune importance économique. Afin de déterminer à présent ces accélérations de la structure, des capteurs 12 sont montés dans les régions de l'aile o les "ventres d'oscillation" des vibrations aéroélastiques sont censés se produire Or le signal de ces capteurs est filtré de telle sorte que seules des oscillations présentant des fréquences de la bande de fréquence des vibrations aéroélastiques -prévues puissent être transmises Après dépassement d'une onde d'accélération prédéterminée ou d'une limite de vitesse préétablie le spoiler 13 ou les générateurs de tourbillon 14, ou des organes aérodynamiques auxiliaires analogues, sont amenés dans la position sortie De préférence, les spoilers, etc sont disposés symétriquement sur les deux côtés de l'aile et ce notamment au niveau de sa partie extérieure Le "sillage aérodynamique" ainsi produit affaiblit la validité des conditions d'écoulement au niveau du bord de fuite de l'aile de façon à réduire l'accroissement de la portance de la région de l'aile située au voisinage des spoilers. Après une durée de retard d'environ 10 millisecondes les conditions d'écoulement nouvellement créées se trouvent stabilisées et les vibrations aéroélastiques, dans la mesure o elles se produisaient déjà, disparaissent Le mouvement de rentrée des volets formant spoilers ou des générateurs de tourbillon se réalise soit automatique- ment lorsque la vitesse de vol se trouve réduite d'une quantité prédéterminée V 1 ou est descendue sous une vitesse limite préétablie, soit par le pilote agissant manuellement. Dans le cas o des générateurs de tourbillon ou des organes analogues à ceux-ci sont prévus il est proposé de disposer ces organes dans la zone du bord d'attaque lla de l'aile car à l'aide de ces organes sont annulées les pointes d'aspiration sur le côté supérieur de l'aile au niveau du nez On obtient ainsi que d'une part l'accroissement de la portance soit réduit et que d'autre part le point neutre local se déplace vers l'arrière Les organes mentionnés en dernier doivent être adaptés au type de profil choisi pour l'aile 11, leur dimensionnement étant déterminé par des essais en soufflerie. Sur la figure 2 est représentée respectivement par une courbe en trait continu (en présence du frein de vibrations aéroélastiques) et par une courbe en pointillé (en l'absence de ce frein), l'évolution des vibrations aéroélastiques de la structure en fonction du temps t Sont désignés par SCD le signal de capteur déclenchant le freinage des vibrations aéroélastiques, par Tr S le traitement 'du signal, par SS la sortie de spoilers et par EA l'effet aérodynamique La figure 3 représe-nte le mouvement de sortie des spoilers en fonction du temps t. Grâce aux mesures proposées on obtient par rapport à la technique antérieure, qui porte les limites du flutter à des vitesses plus élevées à l'aide de gouvernes ou volets aérodynamiques périodiquement mis en mouvement, au moyen de la simple exécution d'une déviation unique d'un frein de flutter, maintenue ensuite suffisamment longtemps, un dispositif optimal pour accroître la vitesse à laquelle des vibrations aéroélastiques se produisent dans des avions de haute puissance. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour accroître les vitesses auxquelles des ailes transsoniques ou d'autres ailes qui risquent de faire l'objet de vibrations aéroélastiques ou flutter subissent de telles vibrations, ces vitesses étant déterminées par l'intermédiaire de capteurs, caractérisé en ce que sous l'action de capteurs de vitesse ( 12), en cas de dépassement d'une vitesse limite ou d'un nombre de Mach limite, ou sous l'action de capteurs répartis sur l'aile, en cas de dépassement d'un niveau d'oscillation prédéterminé, des organes aérodynamiques auxiliaires ( 13, 14) sont, du fait de l'instabilité déclenchée par le phénomène de flutter, commandés et amenés dans une position qui est ensuite maintenue et sont, après disparition de l'instabilité due au flutter ou lorsque la vitesse descend au-dessous d'un seuil déterminée à nouveau rentrés automatiquement ou manuellement. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu en tant qu'organes aérodynamiques auxiliaires des volets formant spoilers ( 13) disposés symétriquement sur les deux côtés de l'aile ( 11) et qui peuvent être rentrés dans la surface de l'aile et être sortis de celle-ci. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu en tant qu'organes aérodynamiques auxiliaires des générateurs de tourbillon ( 14) disposés sur le côté supérieur du bord d'attaque (lla) de l'aile au niveau du nez et qui sont réalisés de façon à pouvoir être rentrés et sortis. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement de sortie des organes aérodynamiques auxiliaires ( 13, 14) s'effectue à l'intérieur d'un intervalle de temps suffisamment court d'environ 200 à 400 millisecondes après réception du signal de commande par l'intermédiaire des capteurs ( 12), lorsque la commande des organes aérodynamiques auxiliaires se réalise par l'intermédiaire de capteurs d'oscillation - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les capteurs ( 12) pour la rentrée et la sortie des organes aérodynamiques auxiliaires ( 13, 14) peuvent également être des capteurs de vitesse.