Brevet FR2677325A1 — publié le 19921211

AVION AMPHIBIE La présente invention concerne les aéronefs et plus précisément les avions amphibies et aussi les hydravions. La partie de la présente invention concernant la dis- position relative des flotteurs peut être utilisée avec suc- cès pour la réalisation d'avions amphibies ou d'hydravions ainsi que d'autres appareils de navigation, tels que des hydroglisseurs, des catamarans, des vedettes, dont le système d'appui hydrodynamique est constitué d'au moins trois flot- teurs. On connaît des avions amphibies qui sont réalisés selon différentes conceptions Toutefois, divers problèmes techni- ques posés pour ce genre d'avion par la sécurité de décollage et d'amerrissage de l'avion sur un plan d'eau ne sont pas encore résolus et empêchent la fabrication et l'utilisation de ce type d'avion. L'un des problèmes réside dans le fait qu'une zone de déplacement instable apparaît pendant l'hydroplanage de l'avion amphibie, du fait que la partie de queue du fond de son fuselage se déplace sur une zone de la surface du plan d'eau qui est perturbée par le déplacement des flotteurs disposés devant cette partie, ou par le premier redan de la coque dans le cas o la coque de l'avion sert elle-même de flotteur. Un autre problème réside dans le couple piqueur impor- tant de l'avion, résultant du fait qu'on doit placer le ou les groupes motopropulseur(s) de l'avion à une hauteur impor- tante au-dessus du fuselage ou de l'aile afin de le protéger contre des jets et les éclaboussures qui se développent lors du décollage ou de l'amerrissage. En particulier, on connaît un avion amphibie comprenant un fuselage, qui est relié aux ailes et muni d'un système de flotteurs et qui porte un empennage vertical et un empennage horizontal avec des gouvernails de direction et de profon- deur L'avion est équipé d'une hélice aérienne et d'un train d'atterrissage escamotable. Le système de flotteurs de cet avion est constitué par des corps de forme carénée, avec des fonds d'hydroplanage, disposés à la partie inférieure et sur les flancs du fuselage et séparés l'un de l'autre à la partie inférieure du fuselage sur toute la longueur par une rainure ouverte Les bords intérieurs (parois latérales) forment des arêtes aiguës sur la ligne d'intersection avec les fonds des corps carénés (DE-A-3 029 574). En appliquant cette solution constructive, on n'a ce- pendant pas réussi à supprimer la formation de zones insta- bles pendant le déplacement de l'avion sur le plan d'eau du fait que des jets de liquide se décollent des redans des corps carénés et transmettent une perturbation ou un remous au fond de la partie de queue de l'avion Le même phénomène provoque une variation sensible des angles de déplacement de l'avion pendant son accélération sur l'eau En outre, on n'a pas supprimé le risque de formation d'un couple piqueur nota- ble du fait de la disposition du groupe motopropulseur et du centre de gravité de l'avion à une hauteur relativement im- portante au-dessus du plan de flottaison. Parmi toute les solutions techniques connues, l'avion amphibie que l'on peut considérer comme le plus proche de la présente invention comporte un groupe motopropulseur, un fuselage qui porte des ailes, un empennage vertical et un empennage horizontal et trois flotteurs disposés à la partie inférieure et terminés à l'arrière par des redans s'étendant jusqu'aux fonds des flotteurs, les deux premiers flotteurs étant montés à la partie avant du fuselage, symétriquement par rapport au plan vertical médian longitudinal de l'avion et espacés l'un vers l'autre par leurs bords intérieurs tandis que le troisième flotteur est monté à la partie de queue sensiblement selon le plan de symétrie du fuselage ("Planeurs à ailes en écran" par M I Belavin, 1977, édition "Sudostroenie", Moscou, page 146). La forme des ailes de l'avion amphibie connu est tri- angulaire alors que leurs bords arrière présentent une flèche avant Quand à la partie d'emplanture des bords arrière des ailes, elle sert de troisième flotteur ou flotteur de queue. Ce type d'avion amphibie n'est pas exempt des inconvé- nients signalés ci-dessus En effet, au cours de l'utilisa- tion de cet avion connu, on constate également la formation de zones de déplacement instables à la suite du contact du bord arrière de l'aile avec la surface de l'eau dans la zone qui est perturbée par les flotteurs avant en hydroplanage, ce qui a pour effet de déstabiliser les angles de déplacement de l'avion et de faire exercer par les flotteurs avant en hydro- planage une influence néfaste sur les bords de soutien ar- rière de l'aile En définitive, les inconvénients susmention- nés influent de manière défavorable sur la sécurité de fonc- tionnement de l'avion et viennent en outre en compliquer le pilotage. On s'est donc proposé de créer un avion amphibie dans lequel la disposition des flotteurs l'un par rapport à l'au- tre et la position du centre de gravité éviteraient la forma- tion de zones de déplacement instables de l'avion pour tous les régimes d'hydroplanage. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un avion amphibie comprenant au moins un groupe motopropulseur, un fuselage qui porte des ailes, un empennage vertical et un empennage horizontal et trois flotteurs terminés à l'arrière par des redans s'étendant jusqu'aux fonds des flotteurs, deux flotteurs étant montés à la partie avant du fuselage symétri- quement par rapport au plan vertical médian longitudinal de l'avion et espacés l'un de l'autre par leurs bords intérieurs et le troisième flotteur étant monté à la partie de queue sensiblement selon le plan de symétrie du fuselage, caracté- risé, selon l'invention, en ce que la distance entre les bords intérieurs des deux premiers flotteurs avant est supé- rieure à une fois et demie la largeur du fond de l'un des flotteurs, tandis que le troisième flotteur arrière est placé en dehors des zones de remous de la surface du plan d'eau provoquées, pendant l'hydroplanage, derrière les deux pre- miers flotteurs avant, et en ce que le centre de gravité de l'avion est décalé en arrière des redans des fonds des flot- teurs avant en direction de la partie de queue du fuselage. Selon la variante préférée de réalisation de l'inven- tion, la distance entre le redan du fond du flotteur arrière et les redans des fonds des deux premiers flotteurs avant, mesurée suivant l'axe longitudinal, est supérieure à six fois la largeur du fond d'un des premiers flotteurs avant tandis que le centre de gravité de l'avion est disposé en arrière des redans des deux premiers flotteurs avant à la distance supérieure à 0,3 à 0,5 fois la largeur du fond de l'un de ces deux flotteurs avant. Les bords intérieurs des deux premiers flotteurs avant peuvent être disposés verticalement ou bien inclinés, l'angle d'inclinaison des bords intérieurs ne dépassant pas dix de- grés. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: la figure 1 représente, en vue frontale, un avion amphibie réalisé selon l'invention; la figure 2 représente, en plan, l'avion amphibie de la figure 1; la figure 3 représente l'avion amphibie de la figure 1, en vue de côté; la figure 4 représente schématiquement la disposition des flotteurs avant et du flotteur arrière de l'avion amphibie selon l'invention; les figures 5 a et 5 b représentent graphiquement les principales caractéristiques hydrodynami- ques obtenues lors des essais d'un modèle de l'avion amphibie selon l'invention, respectant les règles de la similitude sur le plan dynamique; les figures 6 a et 6 b représentent les caractéristiques hydrodynamiques respectives, d'un avion amphibie du type connu, et d'un avion amphibie réalisé selon l'invention. Comme représenté sur les figures 1 à 3, l'avion amphi- bie comporte un fuselage 1 de forme allongée muni d'un habi- tacle ou cabine 2 Sur les flancs du fuselage 1, sont fixés rigidement des capots annulaires 3, dont la partie supérieure est fixée directement sur les ailes 4 et dont la partie infé- rieure est reliée aux ailes 4 par l'intermédiaire de contre- fiches ou tirants 5 Des moteurs 6 entraînant des hélices aériennes propulsives 7 sont logés à l'intérieur des capots annulaires 3 Les moteurs 6 et les hélices 7 forment un en- semble de groupes motopropulseurs qui sert à propulser axia- lement l'avion pour créer sur les ailes 4 la force portante de l'avion. L'une des fonctions principales des capots annulaires 3 consiste à protéger le groupe motopropulseur contre la péné- tration des éclaboussures d'eau pendant l'hydroplanage, par exemple pour le décollage ou l'amerrissage de l'avion sur la surface du plan d'eau. L'avion est équipé de trains d'atterrissage escamota- bles 8 et 9 disposés respectivement à la partie avant et sur la partie de queue de la partie inférieure du fuselage 1 et qui sont réalisés selon des conceptions connues des trains d'atterrissage des avions. L'empennage vertical ou dérive 10 et l'empennage hori- zontal 11 sont montés à la partie de queue du fuselage 1 Un système de flotteurs constitué de trois flotteurs 12, 13 et 14, pourvus de fonds d'hydroplanage 15 servant à maintenir l'avion à flot (flottant sur l'eau), est utilisé pendant le déplacement de l'avion sur la surface du plan d'eau et est monté à la partie inférieure Les flotteurs 12 et 13 présen- tent des bords intérieures 16 qui sont disposés verticalement ou presque verticalement (l'angle d'inclinaison ne dépasse pas dix degrés) et forment des arêtes aiguës 17 sur la ligne d'intersection avec les fonds d'hydroplanage 15. Comme il ressort de la figure 2, les deux flotteurs avant 12 et 13, réalisés selon une conception identique, par exemple selon le type ponton, sont décalés vers l'avant par rapport au nez 18 du fuselage 1 et sont disposés de façon symétrique par rapport au plan vertical longitudinal de symé- trie de l'avion Le flotteur arrière 14 est également du type ponton et est monté à la partie de queue du fuselage 1 de façon que son axe longitudinal se trouve placé dans le plan vertical longitudinal médian du fuselage 1. La longueur des flotteurs avant 12 et 13 est quelque peu supérieure à la longueur du flotteur arrière 14 Par exemple, dans le cas o la longueur des flotteurs avant 12 et 13 est de 4,5 mètres, la longueur du flotteur arrière 14 est d'environ 3,5 mètres Par comparaison avec chacun des flot- teurs avant 12, 13, le flotteur arrière 14 présente une sec- tion transversale plus réduite et prend la forme d'un corps caréné, similaire à un triangle à deux côtés arrondis. Les flotteurs avant 12, 13 et le flotteur arrière 14 forment ainsi trois points o zones d'appui qui assurent, comme l'on vient de le mentionner, la flottabilité de l'avion sur le plan d'eau lors du décollage et de l'atterrissage de l'avion et lors de son arrêt en stationnement ou en attente. Comme représenté à la figure 3, les flotteurs avant 12 et 13 présentent, à l'extrémité arrière du fond d'hydropla- nage 15, une paroi verticale ou redan 19 alors que le flot- teur arrière 14 est muni d'une paroi inclinée ou redan 20. Ces redans servent à faire décoller les jets de liquide qui contournent les fonds d'hydroplanage 15 des flotteurs 12, 13 et 14. Une particularité importante de la conception de l'avion réside dans la disposition de son centre de gravité 21 qui est décalé, conformément à l'invention, dans la direc- tion de la partie de queue du fuselage 1 en arrière du plan fictif qui passe par les redans 19 des flotteurs avant 12 et 13 On choisit ce décalage dans des limites comprises entre 0,3 et 0,5 fois la largeur du fond 15 de l'un des flotteurs 12 ou 13. Grâce à cette disposition, on supprime le risque de voir se former un couple piqueur dû aux flotteurs avant 12, 13 au fur et à mesure de l'accélération et on obtient une grande stabilité des angles de déplacement lors du décollage et de l'amerrissage de l'avion amphibie sur la surface d'un plan d'eau Afin de supprimer les zones de déplacement ins- table de l'avion en régime d'hydroplanage sur l'eau, il est indispensable de respecter, pour les flotteurs 12, 13, 14, le rapport prédéterminé entre leurs dimensions qui figure d'une manière schématique sur la figure 4. Conformément à l'invention, la distance entre les bords intérieurs 16 des flotteurs avant 12 et 13 ne doit pas être inférieure à une fois et demie la largeur du fond 15 de l'un des flotteurs avant 12 ou 13 alors que la distance entre le redan 20 du flotteur arrière 14 et les redans 19 des flot- teurs avant 12 et 13, mesurée suivant l'axe longitudinal, doit couvrir au moins six fois la largeur du fond 15 de l'un des flotteurs avant 12 ou 13. En maintenant ces rapports pour les distances entre les flotteurs 12, 13 et 14, pendant l'hydroplanage de l'avion, c'est-à-dire pendant que l'avion se déplace à une vitesse qui dépasse la vitesse correspondant à la résistance hydrodyna- mique maximale, le flotteur arrière 14 ne se trouve pas dans les zones 22 et 23 de perturbations ou de remous à la surface du plan d'eau provoquées par le déplacement des flotteurs avant 12 et 13 Pendant que l'hydravion se déplace à des vitesses de navigation, c'est-à-dire avant le début de l'hy- droplanage, le flotteur arrière 14 limite la variation des angles de déplacement. Les essais, réalisés sur un modèle réduit de l'avion amphibie réalisé à l'échelle 1/3 par rapport à l'avion réel, ont fait apparaître de nombreux avantages de l'avion amphibie selon l'invention Ces avantages sont illustrés sur les gra- phiques des figures 5 a et 5 b. Le graphique de la figure 5 a représente la relation entre les angles p de déplacement en degrés (axe des ordon- nées) et la vitesse V de déplacement en m/s (axe des abscis- ses) du modèle réduit de l'avion sur les courbes 24, 25 et 26 La courbe 24 indique l'angle p de déplacement lorsque le couple moteur et de basculement des forces de propulsion est appliqué à l'arrière du modèle La courbe 25 indique l'angle W de déplacement du modèle lorsque le couple de basculement des forces de propulsion est nul La courbe 26 indique l'an- gle W de déplacement lorsque le couple moteur et de bascule- ment des forces de propulsion est appliqué au nez du modèle. Ces courbes sont obtenues avec un modèle réduit pré- sentant sur l'eau un poids égal à 52 kg et des couples de basculement de 4,5 et de 4,13 mkg pour les forces de propul- sion appliqués respectivement au nez et à l'arrière du mo- dèle. On voit sur le graphique de la figure 5 a que la plage de variation des angles de déplacement p pour les diverses valeurs des couples de basculement des forces de propulsion n'est que de un degré alors que pour les avions amphibies connus, la plage de variation de ces angles O était comprise entre 5 et 6 degrés pour une charge du modèle correspondant à un poids égal à 52 kg sur l'eau et à l'application de ces mêmes couples de forces. Le graphique de la figure 5 b représente la relation existant entre la résistance X opposée au déplacement du modèle d'avion amphibie (exprimé en kg selon l'axe des ordon- nées) et la vitesse de déplacement V (exprimée en m/s selon l'axe des abscisses) Les courbes 27, 28 et 29 illustrent la variation de la résistance X opposée au déplacement du mo- dèle, dans le cas de l'application des valeurs susmention- nées, respectivement des couples de forces agissant sur l'ar- rière du modèle, du couple de forces nul, et du couple de forces agissant sur le nez du modèle. La comparaison des graphiques susmentionnées fait appa- raître que lorsque l'angle de déplacement y est petit, la résistance X, opposée au déplacement, décroît elle aussi comme le conforme la théorie de l'hydroplanage C'est pour- quoi, dans le modèle d'avion amphibie selon l'invention, les angles d'hydroplanage sont réduits jusqu'à 3 à 4 degrés grâce à l'appui sur le flotteur de queue. Une diminution plus importante des angles de déplace- ment W risquerait de placer le modèle à la limite inférieure de la zone du déplacement instable du modèle. Cette situation peut s'expliquer à l'aide des graphiques de la figure 6, la figure 6 a représentant la relation respec- tive entre les angles de déplacement cp et la résistance X et la vitesse de déplacement V pour les types connus d'avions amphibies alors que les graphiques de la figure 6 b représen- tent les mêmes relations pour l'avion amphibie selon l'inven- tion muni d'un système d'appui hydrodynamique à trois flot- teurs. Sur les graphiques de la figure 6 a, on a représenté une zone supérieure 30 et une zone inférieure 31 de déplacement instable de l'avion A l'application des couples de forces, respectivement à la partie avant, avec un couple nul, et à la partie arrière de l'avion, les courbes 32, 33 et 34 illus- trant la relation entre les angles de déplacement p et la vitesse de déplacement V passent au voisinage de ces zones d'instabilité 30 et 31. En comparant avec les graphiques de la figure 6 b pour l'avion amphibie pourvu d'un système à trois flotteurs, on voit qu'en utilisant le système selon l'invention, on réduit les angles de déplacement p ainsi que la plage de variation de ces angles p correspondant à l'application de différents couples de forces et on supprime les zones dangereuses de déplacement instable de l'avion. Du fait que l'angle de déplacement y constaté pour l'avion selon l'invention est plus petit, on a réussi à ré- duire quelque peu la résistance X opposée au déplacement Il convient de noter que, dans le cas de l'avion amphibie réa- lisé selon l'invention, la résistance X maximale opposée au déplacement se produit pour une vitesse de déplacement V plus faible, ce qui est très important du fait que la poussée du ou des moteurs décroît avec l'augmentation de la vitesse. La réalisation d'un avion amphibie selon la présente invention offre la possibilité d'obtenir un avion amphibie dépourvu de zones instables de déplacement et de supprimer en même temps le couple piqueur résistant du moteur à tous les régimes de fonctionnement. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Avion amphibie comprenant au moins un groupe moto- propulseur, un fuselage qui porte des ailes, un empennage vertical et un empennage horizontal et trois flotteurs ter- minés à l'arrière par des redans s'étendant jusqu'aux fonds des flotteurs, deux flotteurs étant montés à la partie avant du fuselage symétriquement par rapport au plan vertical médian longitudinal de l'avion et espacés l'un de l'autre par leurs bords intérieurs, et le troisième flotteur étant monté à la partie de queue sensiblement selon le plan de symétrie du fuselage, caractérisé en ce que la distance entre les bords intérieurs ( 16) des deux flotteurs avant ( 12, 13) est supé- rieure à une fois et demi la largeur du fond ( 15) de l'un des flotteurs, tandis que le flotteur arrière ( 14) est placé en dehors des zones de remous de la surface du plan d'eau pro- voquées, pendant l'hydroplanage de l'avion, derrière les deux flotteurs avant ( 12, 13), et en ce que le centre de gravité ( 21) de l'avion est décalé en arrière des redans ( 19) des fonds ( 15) des flotteurs avant ( 12, 13) en direction de la partie de queue du fuselage ( 1). 2. Avion amphibie selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la distance entre le redan ( 20) du fond ( 15) du flotteur arrière ( 14) et les redans ( 19) des fonds ( 15) des flotteurs avant ( 12, 13), mesurée suivant l'axe longitu- dinal, est supérieure à six fois la largeur du fond ( 15) d'un flotteur avant ( 12, 13). 3. Avion amphibie selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que son centre de gravité ( 21) est disposé en arrière des redans ( 19) des fonds ( 15) des deux flotteurs avant ( 12, 13) à une distance supérieure à 0,3 à 0,5 fois la largeur du fond ( 15) de l'un de ces deux flotteurs avant. 4. Avion amphibie selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que les bords intérieurs ( 16) des deux flotteurs avant ( 12, 13) sont disposés verti- calement. 5. Avion amphibie selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que les bords intérieurs ( 16) des deux flotteurs avant ( 12, 13) sont inclinés. 6. Avion amphibie selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'angle d'inclinaison desdits bords intérieurs ( 16) est inférieure à dix degrés.