Brevet FR2655941A1 — publié le 19910621

Dispositif pour piloter un avion autour de son axe longitudinal. La présente invention consiste à assurer les mouvements d'un avion autour de son axe longitudinal de roulis en braquant vers le haut (ou vers le bas), selon un axe d'articulation parallèle ou sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'avion, une seule à la fois des extrémités de sa voilure. Les surfaces mobiles correspondant à ces extrémités de voilure sont dénommées "tiprons11 dans la suite du texte. Pour des voilures d'avions classiques présentant sur toute l'envergure un dièdre nul ou un dièdre positif ou négatif faible le braquage vers le haut (ou vers le bas) d'un "tipron" a pour effets: - de réduire la portance aérodynamique de la voilure du côté où le tipron est braqué. La dissymétrie de portance ainsi provoquée entre les deux demi-voilures de l'avion crée un couple de roulis produisant le mouvement de l'avion autour de son axe longitudinal dans le sens d'une inclinaison vers le bas de la demi-voilure dont le "tipron" est braqué, - de produire un couple de lacet qui, selon la géométrie de l'avion, le profil des "tiprons" et l'angle éventuel fait par chacun des axes d'articulation des "tiprons" et l'axe longitudinal de l'avion, s'ajoute ou s'oppose aux effets de lacet induit par le roulis. L'aéronautiaue et l'aérospatial sont les domaines techniques concernés par cette invention. Au début de l'histoire de l'aviation le contrôle en roulis était obtenu en déformant les profils situés en extrémités de voilure par vrillage différentiel de chacune des extrémités. Ce vrillage, ou gauchissement,a été encore récemment utilisé sur certains avions ultra légers à voilure relativement souple. Sur les avions actuels le contrôle en roulis est assuré d'une façon classique par braquage différentiel de surfaces situées en extrémités de voilure, appelées ailerons, dont l'axe d'articulation est sensiblement parallèle au bord de fuite de la voilure. Sur certains avions de transport modernes le contrôle en roulis peut aussi être assuré par des spoilers se braquant à l'extrados de la voilure selon un axe d'articulation sensiblement parallèle au bord de fuite. Sur les avions ayant une voilure en forme delta, le contrôle en roulis est assuré par des élevons remplissant aussi le rôle de volets hypersustentateurs de bord de fuite. D'une façon générale ces surfaces mobiles (ailerons, spoilers élevons) ont un axe d'articulation sensiblement parallèle au bord de fuite de la voilure. Dans cette invention le braquage des "tiprons" selon un axe parallèle (ou sensiblement parallèle) à l'axe longitudinal de l'avion permet, d'une part de supprimer les effets de torsion voilure induits habituellement par le braquage des ailerons, d'autre part de simplifier la conception des commandes de vol, particulièrement lorsque celles-ci sont mécaniques ou hydromécaniques, en permettant une liaison plus directe ainsi qu'un découplage (ou l'absence de conjugaison) des "tiprons" gauche et droit, ce qui peut être un facteur de sécurité supplémentaire. De plus, selon la géométrie de l'avion et le profil des "tiprons" il est possible d'accentuer ou de diminuer les effets de lacet induit par le mouvement de roulis en calant les axes d'articulation des "tiprons" de façon à ne pas être rigoureusement parallèles à l'axe longitudinal de l'avion. Pour des avions présentant à chaque extrémité de voilure une surface verticale située au-dessus (ou éventuellement au-dessous) du plan de la voilure, la manoeuvre en roulis de l'avion peut aussi être obtenue en braquant vers l'extérieur de la voilure, l'une ou l'autre de ces surfaces verticales (dénommées 11winglets11 lorsqu'elles sont fixes) selon un axe d'articulation sensiblementparallèle à l'axe longitudinal de l'avion. Selon la forme des profils de ces surfaces, le braquage de la position verticale vers la position horizontale aura pour effet d'accroître la portance du côté de la voilure où la "winglet mobile" est braquée. Cet accroissement de portance conduira l'avion à tourner autour de son axe longitudinal, l'aile s'élevant du côté où la "winglet" est braquée.Ces "winglets mobiles" ou "tiprons verticaux" ne permettent pas, à l'instar de "tiprons" installés sur une voilure à dièdre faible ou nul, de correction sur les effets de lacet induit par le roulis. Les "winglets" dont le seul but est de diminuer la traînée aérodynamique peuvent être ainsi rendues mobiles pour assurer aussi le contrôle en roulis des avions. En rendant mobiles les "winglets" verticales pour les substituer aux ailerons qu'elles remplacent, la place qu'occupaient ceux-ci devient libre pour des volets de bord de fuite qui, s'étendant alors sur la totalité de l'envergure de la voilure, permettent d'améliorer les performances de décollage et d'atterris sage par rapport à une disposition classique avec des ailerons. Pour des avions présentant à chaque extrémité de voilure des "winglets" inclinées de façon que les plans qui les contiennent forment un angle en V suffisamment important, (comme c'est le cas pour certains avions ou projets d'avions ou d'engins aérospatiaux) le contrôle en roulis peut être assuré en rendant mobiles, selon un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'avion de telles surfaces. Lorsqu'elles sont rendues mobiles, la position normale inclinée est la position neutre correspondant à une configuration symétrique des "winglets" par rapport au plan de symétrie vertical de l'avion ou de l'engin aérospatial. Un même mouvement en roulis de l'avion, (inclinaison vers la droite ou vers la gauche) pourra alors être obtenu en braquant: - soit une seule des deux "winglets mobilesn de la position inclinée vers la position horizontale ou, pour obtenir le même mouvement de l'avion, l'autre "winglet mobile" de la position inclinée vers la position verticale, - soit, simultanément, les deux "winglets mobiles" inclinées, l'une vers la position horizontale, l'autre vers la posi tion verticale. De même que pour les "tiprons" équipant des voilures à dièdre faible ou nul, un couple de lacet peut être produit par la "winglet" qui se braque en position verticale, couple de lacet qui vient ainsi s'ajouter ou s'opposer aux effets de lacet induit par le roulis. Lorsque de telles "winglets mobiles" inclinées équipent des avions ou engins aérospatiaux possédant une voilure ayant une forme delta ou proche d'une telle forme, le braquage simultané des deux "winglets" entraîne: - de la position inclinée vers la position horizontale, un accroissement de portance qui, compte tenu de la position des "winglets" en arrière du centre de gravité de l'avion ou de l'engin aérospatial, provoque un effet de tangage cabreur, -inversement, de la position inclinée vers la position ver ticale, une diminution de la portance ce qui a pour effet de produire un couple de tangage piqueur autour de l'axe laté ral passant par le centre de gravité de l'avion ou de l'en gin aérospatial. Ainsi un tel avion peut être piloté autour de ses trois axes ( roulis, lacet, tangage) avec ses seules "winglets" inclinées rendues mobiles, en les braquant d'une façon simultanée ou non selon l'évolution recherchée pour l'avion. La figure 1 représente une réalisation selon l'invention pour un avion ayant une voilure à dièdre faible ou nul. La figure 2 représente une réalisation selon l'invention pour un avion ayant une voilure équipée de "winglets" verticales mobiles. Les figures 3,4 et 5 représentent une autre réalisation pour un avion ayant une voilure delta équipée de "winglets mobiles" inclinées. La figure 1 représente les vues en plan et de face d'un avion ayant une voilure à faible dièdre équipée de "tiprons" (2) et (3). Chaque "tipron"est articulé autour d'un axe (1) sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'avion. Sur la vue de face de cette figure 1 le braquage du "tipron" droit (2) dans le sens indiqué par la flèche (4) induit le mouvement en roulis de l'avion dans le sens indiqué par la flèche (5). La figure 2 représente une autre réalisation selon l'invention dans laquelle un avion (représenté par ses vues en plan et de face) ayant une voilure à faible dièdre, est équipé de "winglets" verticales mobiles (7) et (8). Chaque "winglet" est articulée autour d'un axe (6) parallèle ou sensiblement paral lèle à l'axe longitudinal de l'avion. Sur la vue de face de cette figure 2 le braquage de la "winglet" droite (7) dans le sens indiqué par la flèche (9) induit le mouvement en roulis de l'avion dans le sens indiqué par la flèche (10). La figure 3 représente en perspective un avion ou engin aérospatial ayant une voilure de forme delta, équipé de "winglets" mobiles (12) et (13) inclinées en position neutre, chacune articulée autour d'un axe (11) parallèle ou sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'avion ou de l'engin. La figure 4 représente cet avion ou cet engin aérospatial vu de face avec les "winglets" (12) et (13) inclinées dans leurs positions neutres. Le braquage simultané des deux "winglets" dans le sens indiqué par les flèches (14) et (15) induit un mouvement en roulis de cet avion ou engin dans le sens indiqué par la flèche (16). La figure 5 représente ce meme avion ou engin aérospatial vu de face. Le braquage simultané des deux "winglets" dans le sens indiqué par les flèches (17) et (18) induit un supplément de portance qui, compte tenu de la position des "winglets" par rapport au centre de gravité G (voir figure 3) produit un moment de tangage piqueur de l'avion ou de l'engin autour de son axe latéral GY. L'application de cette invention aux avions ou engins aérospatiaux peut permettre le remplacement des ailerons classiques, soit: - sous forme de "tiprons" pour une voilure à dièdre faible ou nul. Largeur des "tiprons" non comprise, les volets de bord de fuite peuvent alors occuper toute l'envergure de la voi lure, permettant ainsi une amélioration des performances de décollage et d'atterrissage. Par ailleurs l'utilisation de "tiprons" conviendrait particulièrement à des avions dont les extrémités de l'aile se replient selon un axe parallele à l'axe longitudinal de l'avion, comme c'est le cas pour la plupart des avions embarqués sur porte-avions. - sous forme de "winglets" rendues mobiles, lorsque de telles surfaces, le plus souvent verticales, sont utilisées pour réduire la traînée aérodynamique. Dans ce cas, la place traditionnellement occupée par les ailerons devenant libre, la totalité de l'envergure peut être occupée par les volets de bord de fuite permettant ainsi une amélioration supplé mentaire des performances, au décollage et à l'atterrissage. Pour des avions ou engins aérospatiaux, l'utilisation de "winglets mobiles" normalement inclinées en position neutre devrait permettre le pilotage de tels avions ou engins selon les trois axes roulis, lacet et tangage, en complément ou en remplacement des gouvernes classiques utilisées à cet effet. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour assurer les mouvements de roulis d'un avion autour de son axe longitudinal, caractérisé en ce que, pour une voilure présentant sur toute l'envergure un dièdre faible ou nul, ces mouvements sont obtenus en braquant vers le haut ou vers le bas, selon un axe d'articulation parallèle ou sensiblement parallele à l'axe longitudinal de l'avion, une seule à la fois des extrémités de sa voilure, dénommées "tiprons". 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les mouvements de roulis d'un avion équipe de surfaces verticales dénommées "winglets" sont obtenus en rendant mobiles ces surfaces et en braquant l'une ou l'autre de ces "winglets" vers l'extérieur de la voilure selon un axe d'articulation parallèle ou sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'avion. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les mouvements de roulis d'un avion équipé de "winglets" mobiles inclinées sont obtenus en braquant une seule des deux "winglets mobiles" de la position inclinée vers la position horizontale. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les mouvements de roulis d'un avion équipé de "winglets" mobiles inclinées sont obtenus en braquant une seule des deux "winglets mobiles" de la position inclinée vers la position verticale. 5) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les mouvements de roulis d'un avion équipé de "winglets11 mobiles inclinées sont obtenus en braquant, simultanément, les deux "winglets mobiles" inclinées, l'une vers la position horizontale, l'autre vers la position verticale. 6) Dispositif selon les revendications 3, 4 et 5 caractérisé en ce qu'un avion ou un engin aérospatial ayant une voilure delta ou proche d'une telle forme, peut être piloté en tangage en braquant simultanément les deux "winglets" autour de leur position inclinée neutre, vers la position horizontale ou vers la position verticale selon l'effet recherché. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'angle fait par l'axe d'articulation des "tiprons" ou des "winglets mobiles" et l'axe longitudinal de l'avion est ajusté pour créer un couple de lacet s'opposant ou s'ajoutant aux effets de lacet induit par le roulis. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les volets hypersustentateurs de bord de fuite d'une voilure d'avion peuvent occuper toute l'envergure de la voilure. 9) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu' un avion dont les extrémités de voilure se replient selon un axe parallèle à l'axe longitudinal de l'avion, utilise ces extrémités comme "tiptons" en remplacement des ailerons classiques.