Brevet FR2619076A1 — publié le 19890210

La présente invention concerne une structure (qu'on appelle généralement pylône), fixant un moteur d'avion à son fuselage et, plus particulièrement, les aspects aérody- namiques et de création de bruit d'une telle structure. La figure 1 illustre le fuselage 3 d'un avion mû par des hélices de poussée 6AR et AV, tournant dans des directions opposées, montées sur la queue. Les hélices sont entraînées par un moteur (non représenté) enfermé à l'inté- rieur d'une nacelle 9. Entre la nacelle 9 et le fuselage de l'avion s'étend le pylône 12 qu'on voit plus clairement en figure 2. Le pylône est un carénage aérodynamique qui entoure la structure supportant le moteur, et d'autres installations telles que les conduites de carburant et les lignes électri- ques, qui sont reliées au moteur. Le pylône 12 provoque pendant le vol des remous 15 dans son sillage, quelle que soit la manière dont il est réalisé. Une raison de la présence des remous est que, comme cela est représenté en figure 4, l'épaisseur 16 de la couche limite 16A augmente progressivement dans la direction 17 de l'aval, provoquant un profil de vitesse 17A au bord de fuite 17B ( le profil de vitesse 17A indique la variation de la vitesse des molécules d'air en fonction de la distance par rapport au pylône. Par exemple, le vecteur de vitesse 17C représente la vitesse de l'air à la distance 17D de l'axe 17E du pylône). -2- Le profil de vitesse 17A au bord de fuite du pylône produit un "défaut de vitesse" Vd dans la zone à remous, qui est la différence entre la vitesse VO de l'écoulement libre (à l'extérieur de la zone à remous) et la vitesse locale V1 dans cet exemple. La zone du défaut de vitesse est accompa- gnée d'un "défaut de débit massique" et, par conséquent, l'air, indiqué par le trajet 17H, a tendance à être entraîné dans la zone 17F à défaut de vitesse; provoquant des turbulences. La seconde raison est que l'angle d'attaque du fuselage 3 change pendant le vol alors que le polygone est conçu pour produire des remous minimaux dans son sillage à un certain angle, en option, d'attaque. Par conséquent, le pylône produit des remous plus grands à des angles qui sont différents de l'angle optimal. La zone soumise aux remous du sillage à deux effets secondaires indésirables. Tout d'abord, lorsque les ailettes de l'hélice traversent la zone 15 soumise aux remous, elle la hache, produisant du bruit. Un exemple exagéré, représenté en figure 3, illustrera ce point. Lorsque l'hélice 18 d'un bateau fonctionne en étant en partie immergée dans l'eau 21, chaque ailette fait du bruit lors de son entrée dans l'eau. On peut considérer l'eau comme analogue à la zone 15 de la figure 2; il y a génération de bruit lorsque chaque ailette de l'hélice traverse la zone 15. Si chaque hélice comporte huit ailettes et tourne à une vitesse de 20 t/s. , il se produit alors 160 hachages par seconde. Cette situation ressemble à l'émission d'une source de bruit à une fréquence de 160 Hz, en même temps que des sons harmoniques. Le second effet est dû au fait que la sustentation produite par une ailette d'hélice est fonction de son angle d'attaque par rapport à l'air entrant. Lorsqu'une ailette entre dans la zone 15, l'angle d'attaque change comme cela est représenté en figure 5. - 3 - L'angle d'attaque A1 de l'ailette 6A est le vecteur "somme 1" de deux vecteurs: (1) le vecteur V de l'écoule- o ment libre, résultant de la vitesse avant de l'avion et (2) le vecteur "rotation" representant la vitesse de rotation de l'ailette 6A. Lorsque l'ailette 6A entre dans la zone soumise aux remous, le vecteur V de l'écoulement libre est réduit, comme O cela est illustré par la vecteur V1 (également représenté en figure 5). Par consequent, le vecteur "somme 1" se transforme en vecteur "somme 2". Ce dernier vecteur, "somme 2", provoque un angle d'attaque A2 plus grand. Il en résulte que l'ailette 6A de l'hélice de propulsion devient plus lourdement chargée, et la charge de sustentation, agissant dans la direction de la flèche 26 en figure 2 (direction de la poussée) s'élève, provoquant la flexion de l'ailette dans cette direction. Dans le cas, par exemple, du type de moteur représenté en figure 1 o la poussée est de l'ordre de 25 000 livres (11340 kg), et o l'hélice peut comporter 16 ailettes, la charge totale par ailette est d'environ 1560 livres (25000: 16), soit environ 708kg. Même un petit pourcentage de l'augmentation de la poussée pendant la traversée des remous 15, par exemple une augmentation de 10%, peut être à l'origine de contraintes importantes agissant sur les ailettes et de leur endommage- ment éventuel au bout d'une certaine durée. Un exemple en donnera une illustration. Supposons que le rayon 31 de l'ailette (figure 2) soit de 1,5 mètre. Ainsi, le cercle décrit par l'extrémité 33 de chaque ailette a une circonférence d'environ 9,3 mètres (2r x 1,5 est approximativement égal à 9,3 mètres). Supposons, comme ci-dessus, une vitesse pour chaque hélice de 20 tr/s. Par conséquent, dans cet exemple, la zone 33 de l'extrémité de chaque ailette se déplace le long de la circonférence à une vitesse d'environ 186 m/s. (9,3 mètres par tour x 20 tr/s.). 4- Si l'on suppose que la zone soumise aux remous a une hauteur de 0,3 mètre, cote 38, et que cette zone provoque une augmentation de la sustentation de 10% pendant l'excursion d'une ailette à travers elle, chaque ailette subit alors une impulsion de 10% de la charge de poussée, soit environ 68 kg, qui est appliquée pendant un intervalle de 1/620 s., c'est-à- dire un intervalle de temps d'environ 1,6 ms. En outre, à une vitesse de 20 tr/s., chaque ailette traverse la zone soumise aux remous tous les 1/20 s. soit toutes les 50 ms. En d'autres termes, une charge cyclique de 68 kg est appliquée pendant 1,6 ms à chaque ailette toutes les 50 ms. Il est clair qu'il y a lieu d'éviter une telle charge cyclique. La présente invention a pour objet un système perfec- tionné de propulsion d'avion, grâce auquel le bruit induit par le pylône et les charges cycliques sont sensiblement réduits. Dans un mode de réalisatioh de l'invention, les remous produits par le sillage d'un pylône supportant une hélice de poussée sont réduits, d'o la diminution du bruit de hachage dû au remous et de la flexion périodique des ailettes se produisant pendant les excursions à travers les remous. Une solution permettant de réduire les remous consiste à ajouter un volet au pylône. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, un avion mû par des hélices montées à l'arrière, tournant dans des directions opposées; figure 2, la zone encerclée 2 de la figure 1, comprenant la zone soumise aux remous provoqués par le pylône 12; figure 3, une hélice de navire en partie immergée dans l'eau; figure 4, l'écoulement de la couche limite visqueuse sur la surface du pylône 12, représentée en coupe, et les remous ainsi produits; -5- figure 5, le changement se produisant dans l'angle d'attaque alors que l'ailette 6A de l'hélice entre dans les remous 15 de la figure 2; figures 6 à 9, trois modes de réalisation de la présente invention. En figures 6 à 9, on a représenté plusieurs formes de réalisation de la présente invention. En figure 6, le pylône 12 comporte un volet réglable 40 qui tourne autour d'un point 42. Des volets à profil aérodynamique, et leurs moyens d'actionnement, sont bien connus dans la technique. La figure 7 illustre un pylône 12 et, de plus, un volet déployable 52 qui est logé à l'intérieur d'une rainure 54 lorsqu' il n'est pas en utilisation. Lorsqu'on souhaite maîtriser les remous, on amène le volet 52 dans la position représentée en traits pleins, de manière à affecter les écoulements sans tourbillonnement 82. Le volet 52 peut pivoter autour d'un point 80. En figure 8, un volet 52 est supporté par un mât 55. Le volet 52 peut tourner autour d'un pivot 80. Le volet 52 facilite le retour des écoulements sans tourbillonnement 82, qui sans cela se sépareraient au point 44 et formeraient des remous, sur la surface du pylône pour encourager un écoule- ment régulier au droit du bord de fuite 41. La figure 9 illustre (schématiquement) un mât 59 qui supporte le moteur (non représenté) contenu à, l'intérieur de la nacelle 9. Le pylône 12 a la forme d'un carénage qui réduit la traînée du mât 59 et d'autres composants situés entre la nacelle 9 et le fuselage 3. Le pylône 12 peut tourner autour du mât, comme cela est représenté par la flèche 85. La rotation permet d'ajuster l'angle d'attaque que voit le pylône 12. Ainsi, l'angle d'attaque du pylône 12 est réglable d'une manière indépendante par rapport à celui du fuselage 3 en figure 1. L'amplitude des remous produits par le pylône est fonction de l'angle d'attaque. On indique ci-après quelques aspects importants de la - 6 - présente invention: 1. Même si les remous 15 du sillage du pylône proviennent de la formation d'une couche limite, comme on l'a discuté en liaison avec la figure 4, ces remous sont, à certains égards, également la conséquence de la sustentation produite par le pylône. Plus précisément, même si le pylône 12 avait une section parfait:;ient symétrique, comme cela est représenté en figure 5, il n'en resterait pas moins que, pour un angle donné d'attaque, représenté par l'angle AI, le pylône 12 produirait une certaine sustentation. L'existence de la sustentation est généralement accompagnée par (1) la formation de tourbillons, (2) une turbulence, (3) au moins une perturbation modérée, ou une combinaison des effets précédents, dans l'écoulement aval. Ainsi, dans la mesure o l'on peut contrôler la sustentation, on peut maîtriser également la formation des remous du sillage. Par conséquent, le changement de la position des volets en figures 6-8 peut être considéré comme maîtrisant les remous grâce au contrôle de la sustentation fournie par le pylône 12. 2. L'angle d'attaque du pylône 12 changera, en général, pour des conditions de vol différentes. Par exemple, si le pylône 12 est soumis à un angle donné pendant le vol, cet angle augmentera lorsque l'angle d'attaque de l'avion croît lors de l'approche en vue d'un atterrissage. Par conséquent, des remous de plus grande densité peuvent être produits pendant les manoeuvres d'atterrissage. Il en résulte que la densité des mesures prises pour la réduction des remous doit être augmentée à ce moment là. Par exemple, l'angle F du volet en figure 6 doit être réduit dans de telles conditions. Dans un mode de réalisation, ces mesures de réduction des remous sont directement contrôlées par le pilote à l'aide de servomécanismes connus dans la technique, et illustrées par le bloc ayant pour référence CV "contrôle du volet" en figure 6. Cependant, un contrôle automatique, basé sur une - 7 - mesure directe ou indirecte des remous du sillon, est envisagée. En outre, des mesures de contrôle de la réduction des remous basées sur un programme sont également envisagés. La programmation concerne une approche en deux stades. Tout d'abord, on fait fonctionner l'avion dans des conditions de vol variables et on mesure les dimensions des remous du sillage. Puis, ultérieurement, lorsque des conditions simi- laires de vol se produisent qui ont provoqué des remous de grande dimension, on entreprend les mesures de réduction des remous. Plus précisément, la réduction des remous est entreprise en réponse à des conditions de vol présentement mesurées (pouvant comprendre les dimensions des remous) qui se sont révélées antérieurement être à l'origine de remous. On vient de décrire une invention dans laquelle les remous du sillon produits ordinairement par un pylône comportant une hélice de poussée sont réduits de façon à: (1) diminuer le bruit de hachage du sillage produit par l'hélice, et (2) réduire la flexion périodique des ailettes de l'hélice due aux remous. En outre, le degré de la réduction des remous du sillage est modifié comme l'impose le changement des caractéristiques du vol. Par exemple, il est possible. qu'une réduction plus grande des remous soit nécessaire lors de l'approche en vue de l'atterrissage sous un angle d'attaque élevé. -- 8 -- REVENDICATIONS 1. Pylône (12) sur lequel est monté une hélice de poussée (6 AV, 6 AR), caractérisé en ce qu'il comprend: a) une surface mobile de contrôle afin de modifier les remous (15) produits par le pylône. 2. Pylône supportant une hélice de poussée, carac- térisé en ce qu'il comprend: a) un mât (55); et b) un volet mobile (52) supportée par le mât afin de modifier les remous produits par le pylône. 3. Pylône supportant une hélice de poussée, caracté- risé en ce qu'il comprend: a) un volet (52) qui peut être logée dans le pylône (12), et qui peut être déployée dans l'écoulement d'air passant au droit du pylône de manière à modifier les remous que celui-ci produit. 4. Système de propulsion d'avion qui comprend au moins une hélice de poussée (6) située en aval d'un pylône (12) lequel produit des turbulences auxquelles l'hélice est soumise, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un volet (52) pour moduler les turbulences produi- tes par le pylône et bl un moyen de contrôle afin de commander la modula- tion de a) en réponse à des conditions de vol différentes; dont des angles d'attaque différents pour l'avion. 5. Système de propulsion d'avion, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un fuselage (3); b) une nacelle (9) renfermant un moteur et située à proximité de la queue du fuselage; c) une hélice de poussée (6AV; 6AR) placée à l'arrière de la nacelle; d) une monture pour supporter le moteur qui s'étend entre le fuselage et le moteur; et e) un carénage autour de la monture du moteur, ayant -9 2-62619076 un angle d'attaque, pouvant être choisi, par rapport à l'écoulement sans tourbillonnement qui est indépendant de l'angle d'attaque du fuselage.