Brevet FR2629045A1 — publié le 19890929

RÉPUBLIQUE FRAN AISE N de publication: 2 629 045 (à n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉ'TE INDUSTRIELLE DE LA PROPRIÉTINDUSTRIELLE N d'enregistrement national: 88 04049 PARIS ( Int CI4: B 64 C 1/06, 1/26, 25/04; B 64 D 29/04. DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1 Date de dépôt: 22 mars 1988. (D Demandeur(s): MOUNIER-POULATFrancois. FR. ) Priorité Inventeur(s): François Mounier-Poulat. 4 Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " n 39 du 29 septembre 1989. (Y Références à d'autres documents nationaux appa- rentés Q Titulaire(s): _ Mandataire(s) Architecture d'avion léger à moteur central. (5 Architecture d'avion léger à moteur central et hélice pro- pulsive ou tractrice. L'invention concerne une architecture permettant l'utilisation d'un moteur central en regroupant dans un volume compact 2 les liaisons entre habitacle, groupe moto-propulseur, aile et train d'atterrissage. Elle est caractérisée par une structure formée de deux cloisons transversales limitant l'habitacle, 10 et 11 reliées par q- une poutre centrale 12. Sur la cloison arrière 10 sont fixés l'aile, le moteur, et le mécanisme du train d'atterrissage. L'hé- - - lice tractrice est montée sur l'arbre de sortie d'un réducteur I 14, fix. sur la cloison 11 et entraîné à par un arbre 13 située dans la poutre centrale. L'atterrisseur escamotable dans le Ut fuselage est indépendant de l'aile. û' But de l'invention: simplification de la construction dans le O cas d'utilisation d'un moteur central, amélioration du confort et de la sécurité. V, De JilD vente des fascicules l rl'MPRIMERIE NATIONALE, ':7. rue de la Convention -- 75732 PARIS CEDEX 15 Etat de la technique: Conventionnellement learchitecture de 1lavion léger corres- pond le plus souvent v l'une des deux dispositions suivantes: Fremiere disposition (voir figure 1): Le "compartiment passagers" a deux ou quatre places,-repere 1- ( pour simplifier l1exposé on ne réalisera les figures explicatives que dans le cas de deux places) est situe en position centrale, le moteur 2 étant a l avant de l 'appareil et entraînant une hélice tractrice 4. Le fuselage 3 de forme tronconique dans sa partie arrière est équipé d'un empennage dont le role est de stabiliser i 'avion en tangage ( gouvernes de profondeur), et en lacet (gouverne de direction) . L'aile 5 qui assure la fonction de sustentation verticale est disposée longitudinalement de manière à ce que son "foyer aérodynamique" soit proche du centre de gravité de l'ensemble, en géneral un peu en arrière de celui-çi. Le train d'atterrissage est géneralement composé d'un train dit principal 6 comportant deux roues disposées symetriquement par rapport au plan de symétrie de l'avion et un peu en arrière du centre de gravité, souvent retractable dans l'épaisseur de l'aile par pivotement autour d'axes d'articulation situés dans l'aile, et d'une roue avant 7 située dans la partie avant du fuselage et souvent rétractable dans celui-çi. Deuxième disposition (voir figure 2): Dans cette variante le moteur 2 se trouve en position centrale, les passagers en position avant I et l'hélice propulsive 4 à l'extrémité arrière du fuselage,entrainee par un arbre de transmission 8. La position longitudinale de l'aile n'est pas changée par rapport au centre de gravité de l'ensemble. Remarque preliminalre: Le cas de figure "4 places" pouvant s'extrapoler naturellement du cas "2 places" par allongement de l'habitacle, nous ne représenterons sur les figures que le cas du bi-places côte a cte. Description de l'Invention: La structure principale est caracterisee par 3 elements qui coopèrent pour assurer les liaisons principales entre les differentes fonctions: _ le compartiment passagers, _ le groupe moteur, l'hélice tractrice, ou propulsive, i'aile, _ le train d'atterrissage, le fuselage empenne. Ces trois éléments structuraux (voir figure 3) sont: une cloison centrale 10 située en arrière du compartiment passager, approximativement perpendiculaire a l'axe longitudinal de l'avion et perpendiculaire a son plan de symetrie, une cloison avant 11 sensiblement paraleile a ia cloison 10, une poutre centrale 12 reliant ces deux cloisons,de section rectangulaire ou trapezoidale elargie vers le bas. L'ensemble de cette structure de base 10+11+12 est realisée de manière a supporter les charges et contraintes correspondant a l'utililsation de l'appareil en garantissant une bonne rigidité. A titre d'exemples non limitatifs on peut citer les modes de réalisation suivants: l'ensemble 10+11+12 est réalise en materiaux composites de type sandwich (combinaisons connues de nid aaDellie. mousses ou balsa entre plaques minces de metal leger,ou de stratifié résine-tisus de verre,ou autres tilres kevlar,carbone,etc...). les cloIns 10 etl peuvent comporter une armature tubulaire (treillis plan) éventuellement renforcée par des materlaux sandwich, et la poutre centrale peut etre realisee en tôles et profiles d'alliages iegers. Ces variantes sont du domaine connu de l'art. Le moteur 2 est situe en arriere de la cloison centrale. fig.4. Dans le cas ou l'appareil utilise une helice tractrice a l'extremite avant du fuselage, sa sortie de mouvement est sur l'avant. Le couple moteur est transporte par un arbre de transmission 13 iongituainai dispose a l'interieur de la poutre centrale 12 et relie a un reducteur 14 fixe sur la cloison structureile avant 1Il. Le reducteur realise selon une technique connue v engrenages, courroies lisses, striées ou crantées,.chalne silencieuse type *HYVO",etc.) comporte un arbre de sortie portehelice paralelle a l'arbre d'entrée 51,1'entraxe entre ces deux arbres étant tel qu'il puisse permettre d'obtenir une garde au sol suffisante des pales de l'hélice (4) au cours au roulage au sol. Les sieges 15 sont disposés symetrlquement par rapport a la poutre centrale 12 qui peut avantageusement servir d'accoudoir et être de section évolutive pour tavoriser lergonomie de lhabitacle. La partie de fuselage comprise entre les deux cloisons structurelles, et particuiierement la partie inferieure au maitre-couple en vue de dessus, sert de renfort a l-ensemble structurel 10+11+12,et ae protection des passagers,comne le montre la figure 5. Elle est avantageusement réalisée dans des materiaux susceptibles d'une grande résistance aux chocs et d'une grande rigidité; par exemple une paroi travaillante en matériaux sandwich est bien adaptée; la garniture de remplissage de ces parole sandwich peut etre d'epaisseur variable pour optimiser leur rôle de protection et l'ergonomie de lVhabitacle-. L'ensemble des cloisons 10 et 11, de la poutre centrale 12 (figures 3,4 et 5) et des parois exterleures constitue ainsi une nacelle structurelle faisant fonction d'habitacle et sur laquelle sont fixés: _ l'ensemble moto-propulseur:.moteur 2 transmission 13, réducteur 14 et helice, _ le train d'atterrissage,decrit plus loin, _ l'aile 5, la partie arrière du fuselage. Le moteur et la partie arrière du fuselage, C celle-çi pouvant etre realisee selon des techniques connues, soit en revetement travaillant, soit avec une structure treillis et revetement repporte), sont fixes sur la cloison centrale. La fixation du moteur sur la cloison centrale peut se faire par exemple par un bati tuDulaire comme cela est habituellement le cas dans les montages conventionnels. Les supports avant moteur peuvent être fixes sur ou tres pres de la cloison centrale. Dans le cas d"utilisation d'heiice.propulsive arriere, it n-y a plus de réeaucteur ni -'helice a l-extremite avant. ni d'arbre de transmission dans la poutre centrale: sa puissance moteur est transmise a l'helice arriere par un arbre de transmission 8 entraine a 1harriere ou moteur comme sur le schema de la figure 2. La figure 6 montre une dlsposition des liaisons entre moteur et structure particulièrement avantageuse dans le cas d'héllce tractrice avant, et qui fait partie de l'invention. Dans cette disposition l'ensemble moteur 2 est supporte en trois points, deux de ces points étant situes de part et d'autre du moteur en 16 et 17. Le vilebrequin au moteur porte en son extrémité avant un volant d'inertie 18; ce volant étant disposé dans un carter 19 qui peut contenir un mécanlime de débrayage ( disposition commune en technique automobile) et qui a un prolongement inférieur 20 situe approximativement dans le plan vertical contenant l'axe du vilebrequin et qui comporte a son extrémité avant une articulation de fixation 'un type connu, silentbloc ou autre, 21, qui Joue le role du trolsieme point de fixation moteur. Ce trolsleème point de fixation peut être situe a l'ilnterieur de la poutre centrale 12. Les deux autres supports moteur,16 et 17, sont relies comme le montre la figure 7 à la cloison.centrale 10, chacun respectivement par une structure trelllls en forme de pyramide,22 et 23. La liaison entre la partie arrière du fuselage et la cloison centrale est réalisée de façon non originale, et connue en construction aéronautique, par exemple par une structure treillis, ou par le revêtement exterieur travaillant, ou une combinaison des deux L'aile dont la tenue en flexion est surtout assuree par son longeron principal, selon une technique très utilisee en construction aéronautique, est fixee sur la cloison princlpale de structure:O. Les figures 8 et 9 Illustrent deux variantes possibles: les prolongements des semelles de longeron de l'alle peuvent être intégrés a la cloison principale (fig.8), ou bien, les longerons peuvent être fixés à des ferrures 26 solidaires de la cloison 10,fig.9. L'attache secondaire de l'aile au niveau d'un faux longeron arrière (disposition classique connue) peut être reliée, soita la paroi travaillante de fuselage, soit a la structure trelllls reliant la cloison principale a la partie arriere de fuselage,solt encore au bati support moteur. La fixation du train d'atterrissage principal est réalisée sur la cloison principale; les efforts de contact roues/sol sont introduits dans la structure principale uniquement au niveau de cette cloison 10; par exemple dans une realisation simple de train d'attérrlssage utilisant une lame transversale souple, la lame reliee aux roues serait en appui sur deux supports directement fixes sur la cloison principale. Cet exemple n'a d'autre but que de montrer que la structure de la nacelle-habitacle permet de recevoir directement la fixation d'un train a atterrissage simpie non escamotable. Mais la conception ce structure selon l'invention permet d'y associer la reaiisation originale avantageuse decrite çi-apres, figures 10 et suivantes et qui fait partie de l'invention. Chaque roue 30 est montee sur un axe-fusee relie rigidement & un Dras 31 pivotant autour a-un axe xx' qui fait partie d'un support 32. ce aernier pouvant 'ïui-meme pivoter autour d'un second axe yy proche de la cloison principale 10 et perpendiculaire au plan de symetrle de l'avion. Les axes xx'correspondants & chaque roue sont paralèlles entre eux et paralèlles au plan de symetrle de l'avion. Les paliers dCe plvotement du support mobile 32 autour de l'axe yy' reperés en 33 et 34 sont fixés sur la cloison structurale et peuvent être plus de deux.Le support mobile 32 (voir figure il) comporte une partie 35,dlrlgee vers le bas lorsque le train d'atterrissage est en position sortie, et sur laquelle sont disposees deux articulations 36 et 37. D'autre part, chaque bras support de roue 31 comporte a son extremlté Inférieure une partie déportee vers le bas et vers l'intérieur,39, comme le montre la figure il, et qui contient une articulation 40. Les articulations 36 et 40 sont reliées élastlquement; l'élement élastique symbolisé sur la figure Il par un ressort assure la fonction suspension du demi train d'attérrlssage. Les déports de l'articulation 40 par rapport, d'une part & l'axe de roue,(b), et d'autre part a l'axe du bras de suspension,(a),sont tels que l'effort de tension entre les articulations 36 et 40 s'oppose a l'effort de flexion des bras 31, qui peuvent alors etre de reallsatlon plus legère et economlque. Pendant l'operation de rétraction du train d'atterrissage, un mouvement de rotation des bras de suspension autour des axes xx'est commandé. Cette rotation d'un angle (a), voir figure 12, provoque le rapprochement des deux roues du train principai; Elle peut être opérée par un ou des vérins hydrauliques tels que par exemple 42 et 43 commandant directement les Dras 31. Elle peut aussi être effectuée, de chaque cote, par un verin lnclu dans la liaison entre les deux articulations 36 et 40; cette liaison prenant alors la forme d'une bielle télescopique et élastique comme representée par la figure 13 qui fait apparaître entre les liaisons 36 et 40:un verin télescopique 41, dont la tige penetre dans le cylindre lorsqu'un fluide sous pression est Introduit en 42, et en sort lorsque le verln n-est pas sous pression,poussee par un ressort 43, ce verin etant monte en séerle avec un element élastique de suspension 44, qui peut être un ressort métallique ou eélastomere. Lorsque la liaison 36-40 ne comporte pas de verln de commande de la rotation (a) autour de xx-, elle peut conserver la disposition de la figure 10; la chambre du verln n'étant pas alimentee; elle peut aussi etre réalisée en reliant le ressort de suspension 44 & l'articulation 36 par un ou plusieurs cables souples qui accompagnent le mouvement au bras 31 pendant la rentree du train d'atterrissage. La rotation d'angle ca) autour ae l-axe xx- constitue une première phase de l'operation de retraction: elle est suivie d-une deuxieme phase qui est bune rotation a un angle (b) autour de l'axe yy du support 32, les deux phases de rotation pouvant se chevaucher. Après l'operation de rétraction l'ensemble du train d'atterrissage se trouve dans la disposition de la figure 14. La rotation d'angle (b) autour de l'axe yy'du support 32 peut etre éffectuée au moyen de vérin hydraulique ou tout autre dispositif connu, le vérouillage en position basse du support 2 est assuré par un dispositif de compas usuel sur les trains d'atterrissage,non représenté pour alleger les figures. La cloison structurelle avant peut eventuellement servir de support à une surface auxiliaire sustentatrice et stabilisatrice telle qu'utilisée dans les avions de formule dite "' canard "; la liaison entre cette surface et la cloison 11 pouvant etre similaire à celle de l'aile et de la cloisoo principale 10. I Elle peut d'autre part présenter une surface non plane tout en assurant la meme fonction de structure. ? AVANTAGES PROCURES PAR L'INVENTION _ Slmpllclté et compacité d'une structure unique, rlgide et légère, procurant une bonne protection aux passagers et recevant directement les constituants principaux de l'aéronef. Confort des passagers par la position allongée autorlsee par la vlsibillte qui est la conséquence de: l'étroltesse de la partie avant du fuselage,(pas d'encombrement moteur à I'avant), 10.la position avancée par rapport a l'aile; le niveau de bruit plus faible du moteur arriere; En cas d'hellce avant, possibilite de conserver les avantages de l'hélice tractrice en même temps que les avantages de centrage du moteur central; - - securite par surveillance visuelle au sol, - soufflage des gouvernes de l'empennage permettant un meilleur controle de l'avion, - protection de l'hellce vls a vis ces projections des roues, causes fréquentes de dommages, dans le cas des helices propulsives, - accroissement de la garde au sol de l'heiice a l'atter- rissage, (problème connu avec hélices propuisives>, - securité accrue en cas d-evacuation d'urgence en vol avec parachute, Quellequesoit la position de l'helice, avant ou arriere: Sécurlte par amelloration de la vislbilite frontale au fait de l1etroltesse de l'avant du fuselage permise par l'encombrement du réducteur plus faible que celui du moteur, Améelloratlon des performances aérodynamiques par diminution de la tralnee d'interaction alle/fuselage du fait de la position mediane de l'aile, position permise par la conception particuliere du train d'atterrissage principal indépendant de l'aile: _ Simplification de construction de l'aile, pour la meme ra i son. _ Simplification de la liaison: train d'atterrissage principal/structure, _ En cas d helice arrière accroissement ce la securite par ia conception au compartiment passagers a poutre centrale et cloison structurelle avant. REVENDI CATI ONS. 1- Ensemble structurel d'avion léger carectérisé en ce que le compartiment passager est constitué de trois parties: b - une cloison dite centrale ou principale 10 en arrière de ce compartiment, - une cloison avant 11, à l'extremité avant de ce compartiment, - une poutre centrale creuse 12, reliant ces deux 11 cloisons pouvant séparer les sièges gauche et droite et-1 servir d'accoudoir; cet ensemble (10)+(11)+ (12) étant eventuellement renforcé par les parois de fuselage dans les parties ou celui-çi n'est pas ouvert pour l'accès ou la visibilité, de façon à participer à la reprise des efforts, à la rigidité, et à la protection des passagers; la cloison arrière 10 étant caractérisée par le fait que sont fixés sur elle: - le longeron principal de l'aile 5. oont les semelles peuvent etre soit boulonnées à des terrures t ixées sur ly la cloison, ou bien faire partie intégrante eas la structure de la dite cloison, - le moteur 2 ou son bati support, - la partie arrière du fuselage ou son bati support. - éventuellement le train d'atterrissage principal; _,2- Ensemble selon la revendication 1 caractérise en ce que le moteur 2 étant disposé en arrière de la cloison principale 10, sa sortie de mouvement est situee sur 1 'avant sensiblement dans le plan ce symetrie ce l'avion; l'arbre moteur (vilebrequin) est prolonge jusqu'a la cloison avant 11 par un arbre de transmission 13,qui peut etre en plusieurs tronçons, situé A l'intérieur de la poutre 12 reliant les deux cloisons de la structure principale, et qui entraine un réducteur 14 fixé sur la cloison avant, ce dernier étant prolongé sur l'avant 3 fpar un arbre porte-hèl ice 50, et ayant fonction: - d'entrainer l'hélice 4 - d'adapter la vitesse d'hélice & la vitesse moteur, - d'adapter la position de l'axe d'hélice aux contraintes d'utilisation (garde au sol); 4 & I'extremite avant de la transmission 13. _ 3- Ensemble selon la revendication 2 caractérisé en ce que le volant d'inertie 18 et éventuellement le mécanisme d'embrayage ou le coupleur sont contenus dans un carter 19 qui comporte un prolongement inferieur 20 dirigé sur l'avant et à l'extrémité duquel est placé un support avant du moteur,21, approximativement dans le plan de symétrie de l'avion; ce support 21 pouvant etre intérieur à la poutre centrale 12 de la structure définie en I et fixé sur celle-çi, et coopérer avec deux supports latéraux du moteur, 16 et 17, chacun de ces supports étant relié à la cloison centrale; la liaison entre cette cloison centrale 10 et les supports latéraux du moteur,16 et 17, est constituée par deux éléments de treillis pyramidaux, 22 et 23, dont les bases sont fixées rigidement a la cloison principale 10, et dont les sommets convergent vers les supports moteur élastiques 16 et 17. 4- Ensemble selon la revendication 1 caractérise en ce que le moteur 2 entraîne un hélice propulsive 4 situee à 1 'arrière du fuselage. - Ensemble selon l'une quelconque des revendications i à 4 caractérisé en ce que la partie avant de la poutre centrale de structure 12 est utilisée pour loger, en position retractée, le train d'atterrissage avant, (jambe de force et roue); l'articulation pouvant se trouver sur la cloison avant, dans la poutre centrale, ou sur le carter de réducteur. _ 6- Ensemble selon la revendication I caractérisé en ce que fixé sur la cloison arrière 10 le train d'atterrIssge principal, est formé par la combinaison de: - un support 32, pivotant pendant la manoeuvre du dit train d'atterrissage, autour d'un axe horizontal transversal sur des paliers solidaires de la cloison principale 10, - deux bras de suspension porte roues 31 articulés sur le support précédent 32 autour de deux axes paralèlles, approximativement horizontaux lorsque le train d'atterrissage est en position de roulage au sol, et perpendiculaires à l'axe de pivotement transversal du dit support, et disposés symétriquement par rapport au plan de symétrie de l'avion. Les deux bras porte roues pivotant chacun autour d'un de ces axes paralèlles pour assurer le débattement de la suspension; chacun des bras porte roue 31 possede une articulation 40 deportée vers le bas par rapport à l'axe de roue et vers l'intérieur par rapport au bras de suspension et sur laquelle est fixée une liaison élastique reliée au ressort de suspension; la position du centre de cette articulation 40 étant choisie de manière a minimiser les efforts de flexion auquels est soumis le bras de suspension;l'autre extrémité 36 de cette liaison élastique étant articulée en un point du support pivotant 32 cité en 13; cette liaison élastique pouvant etre réalisée par une bielle telescopique et élastique contenant un vérin hydraulique utilisé pendant l 'operation de rétraction du train d'atterrissage. Le mouvement de rétraction du train d'atterrissage combine les deux rotations précedentes de manière à ce que les bras lu porte roue 31 en position rétractée soient rentrés dans le fuselage le long de la partie inférieure du moteur dans le cas d'un moteur en ligne, ou en dessous du moteur dans le cas d'un moteur conventionnel d'avion léger & cylindres à plat. 7- Ensemble selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'hélice étant propulsive,la cloison structurelle pianne 11, à1 'avant de l'habitacle estremplacée par Lune surface non plane ayant le meme raole de structure. _ 8- Ensemble selon 1 'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la cloison structurelle avant 11 sert de support a une surface stabilisatrice telle qu'utilisée dans les avions de formule dite " canard" la liaison entre cette surface et la cloison avant 11 pouvant etre similaire à celle de l'aile et de la cloison principale 10. 1/9 2629045 si 2/9 13 3 fihi Il' 3/9 IIi // 2 4 /9 OI i0 /9 c lj 7/9 -2629045 7/9 42 43 kfAit / r L__ I' 4.I 4I I tl //- 8/9 3k 6/6 M6z9z