Brevet FR2728534A1 — publié le 19960628

AILE PORTANTE COMPORTANT DES MOYENS DE MODIFICATION DU PROFIL. L'invention concerne une aile portante dans laquelle est prévue, comme moyen de réduction des chocs supersoniques dans la zone arrière de l'enveloppe d'aile supérieure, au moins une section de la peau d'aile qui peut être surhaussée localement par déformation, laquelle section s'étend sur une partie essentielle de la portée d'aile. Dans le domaine de vitesse transsonique il se produit, dans la partie arrière du profil d'aile portante, des chocs supersoniques qui apparaissent en fonction de la vitesse d'écoulement sur la face supérieure ( ou extrados) de l'aile portante dans des zones de profondeur différentes de l'aile portante, et qui conduisent à une augmentation de la traînée aérodynamique et ont ainsi une influence essentielle sur la rentabilité de l'exploitation d'un avion. Il est connu pour une aile portante, pour son fonctionnement dans la zone de vitesse transsonique, de réaliser le profil de l'enveloppe d'aile supérieure, dans la zone arrière de l'aile portante, de manière qu'il puisse être modifié (DE - 40 07 694 C2), et ceci par modification de l'épaisseur du profil dans la zone arrière de l'aile portante de telle sorte que l'on puisse changer entre un profil ayant une faible résistance à l'écoulement avec une épaisseur de profil importante dans la zone arrière de l'aile portante, et un profil ayant une portance élevée avec une épaisseur de profil plus faible dans la zone arrière de l'aile portante. Deux éléments de contour s'étendant essentiellement sur la portée d'aile et reliés de manière articulée l'un à l'autre sont prévus dans l'enveloppe d'aile supérieure comme moyen de modification de l'épaisseur du profil dans la zone arrière de l'aile portante, éléments de contour dont celui situé vers l'avant est articulé sur la structure de l'aile portante, dans la zone du point de transition pour l'écoulement avec une portance élevée de telle sorte que la fente d'articulation dans la position des éléments de contour pour la résistance d'écoulement faible soit complètement fermée et que l'élément de liaison entre les deux éléments de contour soit disposé dans la zone du point de transition de l'écoulement avec une faible résistance d'écoulement. D'après le document WO 93/02915 on connaît une aile portante avec une forme supercritique, dans laquelle la peau d'aile portante se compose d'un alliage métallique extensible, à base d'aluminium, en particulier d'un alliage aluminium-cuivre selon la référence AA 2124. Des poussoirs ou des cames sont prévus pour l'actionnement. L'invention a pour but d'agencer la peau d'une aile portante, dans les ailes portantes du type en question, de telle sorte que les forces d'actionnement puissent être réduites et que la déformation soit reproductible. Ce problème est résolu selon l'invention par les caractéristiques données dans la partie caractérisante de la revendication 1, selon laquelle la section déformable de la peau d'aile est constituée d'un matériau composite renforcé par des fibres, dont les fibres orthotropes sont orientées de telle sorte que la peau d'aile présente dans la direction de la profondeur de l'aile une faible rigidité à la flexion et, dans la direction de la portée d'aile, une forte rigidité à la flexion. 2 o Des agencements appropriés forment l'objet des sous- revendications, dont le contenu est incorporé à la description. L'invention est représentée à titre d'exemple sur le dessin et est décrite ci-après en détail à l'aide de ce dessin. Ce dessin montre sur la Figure 1, en coupe transversale, un profil d'aile portante transsonique comportant une section agencée pour la réduction de l'influence des chocs supersoniques; sur la Figure 2, en coupe transversale, la zone de l'enveloppe supérieure de l'aile agencée selon l'invention avec des détails du profil sur la Figure 3, un détail de l'emplacement X de la Figure 2; sur la Figure 4, un diagramme avec les valeurs de traînée d'une aile portante agencée selon l'invention, tracées en fonction de la vitesse. La Figure 1 montre schématiquement une section transversale d'une aile portante 2 avec un profil transsonique 2 qui est représenté par son enveloppe d'aile portante supérieure 4, ou extrados, et son enveloppe d'aile portante inférieure 6, ou intrados. L'aile portante a une profondeur (largeur) c. Sur l'enveloppe d'aile portante supérieure 4 se trouve une zone dans laquelle des chocs supersoniques apparaissent. Cette zone dépend du profil et se situe, en général, entre une origine à 0,5 c et une fin à 0, 6 - 0,85 c. Dans cette zone sont prévus des moyens situés à distance les uns des autres dans la direction de la profondeur de l'aile, moyens avec lesquels la surface du profil de l'enveloppe d'aile supérieure peut être surhaussée localement d'une valeur h. Sur la Figure 1 trois zones situées l'une derrière l'autre à une distance a sont représentées comme exemple, zones dans lesquelles des surhaussements semblables 8, 8a et 8b peuvent effectués. Pour cela, des moyens sont disposés dans la direction de la profondeur de l'aile, moyens par lesquels de tels surhaussements sont réglables en fonction de la vitesse d'écoulement dans différentes zones de profondeur du profil, comme décrit par la suite avec référence à la Figure 2. L'effet du surhaussement est représenté sur le diagramme de la Figure 4. La courbe I représente la valeur de la traînée CD pour un profil selon la Figure 1 sans surhaussement de la surface supérieure du profil. On suppose ici que pour une vitesse d'écoulement Mo1 il se produit une transition de l'écoulement laminaire à environ 0,5 c et ainsi un choc supersonique à cet endroit. La valeur de la traînée aérodynamique augmente fortement à partir de Mo1, comme représenté par la courbe I. Un surhaussement local h du contour de profil sur la face supérieure du profil, à l'endroit 8a o le choc supersonique apparaît pour des vitesses d'écoulement plus élevées, conduit à une réduction du choc et ainsi à un déplacement de la montée de la traînée vers une vitesse d'écoulement plus élevée (courbe 11). Le minimum de traînée se situe alors à une vitesse de soufflage (Mo2) > (Mol)- Si un surhaussement local h du contour de profil est produit à un endroit 8b qui est situé encore plus loin vers l'arrière que l'endroit 8a mentionné précédemment, I'évolution de la traînée se présente selon la courbe III. Le minimum de traînée Mo3 est cependant décalé vers une vitesse de soufflage plus élevée. L'économie de traînée que l'on obtient par la courbe Il pour une vitesse d'écoulement Mo2 en comparaison de la courbe I (profil sans surhaussement) s'élève à environ A[%]. Pour des vitesses de soufflage plus élevées et des surhaussements se trouvant de manière correspondante plus loin en arrière, un gain encore plus important est obtenu par comparaison avec la courbe I. Par le surhaussement du contour de profil dépendant de la vitesse, à différentes profondeurs de profil, I'avion peut être ainsi exploité sur une plus grande plage de vitesses avec une valeur de traînée plus favorable économiquement, qui correspond sur la Figure 4 aux régions des courbes I - -II caractérisées par un soulignement en tireté. Il est évidemment possible de prévoir plus de trois zones situées l'une derrière l'autre dans la profondeur de l'aile, dans lesquelles des surhaussements correspondants peuvent être effectués. Pour le surhaussement il faut prévoir un degré de surhaussement qui est de sensiblement 0,2 % de la profondeur de l'aile, et qui ainsi pour une profondeur d'aile de 5m est de 1Omm. La section qui peut être surhaussée de l'enveloppe d'aile supérieure est à prévoir pour les zones critiques d'écoulement de l'aile portante. Elle sera à prévoir en général pour la zone prépondérante de la portée d'aile. Les sections surhaussées s'étendent alors sous forme de lignes à la manière d'une crête de lame, au niveau de la zone de profondeur de profil correspondante, suivant la portée d'aile. La Figure 2 montre schématiquement une réalisation du réhaussement de la peau d'aile de l'enveloppe d'aile portante supérieure. L'enveloppe d'aile portante est renforcée par des raidisseurs et des nervures de manière usuelle, sur lesquels est fixée la peau d'aile rigide encaissant les efforts et les moments de torsion, de l'enveloppe d'aile supérieure 4. Ces éléments de raidissement sont représentés schématiquement par des nervures 12 sur la Figure 2. Dans les zones o le profil de l'enveloppe d'aile supérieure peut être réhaussé, une peau d'aile 14 flexible est disposée sur la peau d'aile rigide de l'enveloppe d'aile supérieure de l'aile portante 2. La peau d'aile rigide 16 de l'aile portante est abaissée dans cette région autant que nécessaire pour que la peau d'aile flexible 14, située sur la zone 16 abaissée de la peau d'aile rigide, forme une suite continue à la peau d'aile rigide 18, 20. La peau d'aile flexible 14 est reliée de manière fixe à la peau d'aile rigide 16 abaissée, se trouvant au-dessous, dans une région située à 0,5 c dans l'exemple de réalisation représenté, en étant par exemple vissée, rivetée ou soudée avec elle. Dans la zone restante la peau d'aile flexible 14 est posée sur la peau d'aile rigide 16 avec possibilité de se déplacer dans la direction de la profondeur du profil. A son extrémité arrière la peau d'aile flexible 14 est engagée au-dessous de la peau d'aile rigide 20, dans la zone arrière de l'aile avec un assemblage en biseau 22. La peau d'aile flexible 14 est représentée, dans la forme d'exécution selon la Figure 2, comme pouvant être surhaussée dans trois zones de profondeur de profil situées à 0,5 c + x1 ou x2 ou x3. Les distances x1, x2, x3 correspondent aux vitesses d'écoulement pour lesquelles un minimum de la valeur de traînée CD doit être atteint respectivement. Des éléments d'actionnement 24 sont prévus, dans cette forme de réalisation, pour l'exécution du surhaussement, lesquels éléments peuvent être fixés par exemple à la peau d'aile portante rigide 16 ou à des raidisseurs ou des rainures 12 ou également à un autre élément de construction de l'aile portante. Dans l'exemple de réalisation, des poussoirs 26 sont prévus comme éléments réglables, qui peuvent être actionnés par exemple par des entraînements classiques électromécaniques à noyau, hydrauliques à tige de poussée ou par des actionneurs modernes comme par exemple des éléments bimorphes, des céramiques piézoélectriques ou des alliages à mémoire de forme NiTi. Une pluralité de tels poussoirs est prévue dans la direction de la portée d'aile, les poussoirs étant écartés les uns des autres. Les poussoirs 26 sont ici représentés avec une tête 28, par laquelle les poussoirs sont liés avec la peau flexible par engagement positif (liaison de forme), et ceci de telle sorte qu'entre l'élément d'entraînement et la tête 28 du poussoir 26, et donc la peau flexible 14, un mouvement relatif dans la direction de la profondeur du profil soit possible. Ceci peut, par exemple, être réalisé avec un élément intermédiaire relié de manière articulée des deux côtés. Par l'actionnement de tous les poussoirs 26 se trouvant respectivement l'un à côté de l'autre, la peau 14 flexible est soulevée et ainsi un surhaussement du profil en forme de crête de lame h se produit selon la direction de la portée. Par ce surhaussement, les chocs ultrasoniques sont réduits comme exposé précédemment. Ainsi la valeur de traînée du profil CD de l'aile portante est maintenue à une valeur peu élevée. Les différentes rangées (par exemple trois) d'éléments d'actionnement sont mises en action en fonction de la vitesse d'écoulement respective de l'air sur l'enveloppe d'aile supérieure et ainsi une optimisation de la valeur de traînée est obtenue dans la zone de vitesse respective. Les poussoirs 26 peuvent - comme indiqué précédemment- être munis de dispositifs d'entraînement individuels. Mais ils peuvent également être en prise par engagement positif avec des moyens d'actionnement disposés transversalement à la profondeur du profil, et donc suivant la direction de la portée d'aile, tels que des barres d'actionnement mobiles ou également des arbres d'entraînement. Il est essentiel que la peau flexible puisse être maintenue fixe dans sa condition non surhaussée en appui sur la peau d'aile rigide se trouvant au- dessous. La peau flexible n'encaisse toutefois aucune force transversale ni moment de flexion provenant de la charge de l'aile. Elle est cependant soumise à une charge par les forces de succion qui agissent perpendiculairement à la peau flexible et qui doivent être transmises à la structure de l'aile portante. Les éléments d'actionnement peuvent être inclus dans un circuit de régulation comportant des capteurs qui mesurent in situ la vitesse d'écoulement, grace à quoi les éléments d'actionnement associés aux valeurs prédéterminées respectives sont alors mis en action. Mais des valeurs de réglage déterminées empiriquement peuvent être associées aux éléments d'actionnement en fonction de la vitesse relative de l'avion par rapport à l'air. Selon une forme de réalisation particulièrement appropriée, un matériau composite renforcé par des fibres est utilisé comme matière pour la peau flexible, matériau dont les fibres orthotropes sont orientées de telle sorte que la peau flexible présente dans la direction de la profondeur de l'aile, une faible rigidité en flexion et dans la direction de la portée d'aile une forte rigidité en flexion. Comme fibres on peut mettre en place, de préférence ici, des fibres à haute résistance, par exemple des fibres de carbone, mais également des fibres de carbure de silicium ou analogues. La grande rigidité à la flexion en direction de la portée d'aile permet de disposer les éléments d'actionnement à des distances plus élevées les uns des autres et ainsi de maintenir à une valeur faible le nombre des éléments d'actionnement par unité de longueur de la portée d'aile. L'utilisation de matériau composite renforcé par des fibres permet en outre de coudre les éléments d'accouplement ou de liaison entre les éléments d'actionnement et la peau d'aile par exemple avec du stratifil de verre textile Rovingsfibre- C. Les coutures avec du stratifil de verre textile Rovings-fibre-C peuvent aussi être utilisées pour la fixation de la peau flexible à l'extrémité avant de celle-ci. Le matériau de couture est de préférence enfilé à l'état sec et est ensuite enrobé d' une matrice rigide par imprégnation d'une résine synthétique. Il est proposé également une aile portante comportant des moyens pour modifier le profil dans la zone arrière de l'enveloppe d'aile supérieure. Sur la face supérieure du profil de l'enveloppe d'aile supérieure il est prévu dans la zone supérieure à 50 % de la profondeur d'aile, dans laquelle apparaissent des chocs supersoniques, au moins une section de la peau d'aile qui peut être surhaussée localement en hauteur au-dessus de la face supérieure du profil vers le haut par déformation, laquelle section s'étend sur une partie essentielle de la portée d'aile. La section qui peut être surhaussée comporte une peau flexible qui est soutenue par une section rigide de la peau d'aile. Dans la direction de la profondeur d'aile des moyens d'actionnement sont prévus à distance, moyens avec lesquels les surhaussements locaux de la peau d'aile peuvent être réalisés en fonction de la vitesse d'écoulement. La section déformable de la peau d'aile est constituée d'un matériau composite renforcé par des fibres, dont les fibres orthotropes sont orientées de telle sorte que la peau d'aile présente dans la direction de la profondeur d'aile une faible rigidité à la flexion et dans la direction de la portée d'aile une forte rigidité à la flexion. REVENDICATIONS 1. Aile portante, dans laquelle est prévue comme moyen de réduction des chocs ultrasoniques dans la zone arrière de l'enveloppe d'aile supérieure au moins une section de peau d'aile qui peut être surhaussée localement par déformation, laquelle section s'étend sur une partie essentielle de la portée d'aile, caractérisée par le fait que la section déformable (14) de la peau d'aile est constituée d'un matériau composite renforcé par des fibres, dont les fibres orthotropes sont orientées de telle sorte que la peau d'aile présente dans la direction de la profondeur d'aile une faible rigidité à la flexion et dans la direction de la portée d'aile une forte rigidité à la flexion. 2. Aile portante selon la revendication 1 caractérisée par le fait qu'une section plus rigide (16) de la peau d'aile est prévue au-dessous de la section déformable (14) comme support pour la section déformable. 3. Aile portante selon la revendication 1 ou 2 caractérisée par le fait que des moyens d'actionnement (24) sont prévus dans la direction de la profondeur d'aile à distance, moyens par lesquels les surhaussements locaux de la peau d'aile peuvent être exécutés en fonction de la vitesse d'écoulement et par le fait que les moyens de fixation (28) sont reliés par engagement positif à la face inférieure de la section déformable (14) de la peau d'aile. 4. Aile portante selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la section déformable (14) de la peau d'aile est reliée de manière rigide selon son bord avant à la peau rigide (16) de l'enveloppe d'aile et est en prise de manière coulissante selon son bord arrière sous la peau rigide (20) de l'aile avec un biseau (22). 5. Aile portante selon la revendication 3 caractérisée par le fait que sont prévues, comme moyens d'actionnement (24), au moins deux rangées, disposées à distance dans la profondeur de l'aile, de poussoirs (26) réglables essentiellement perpendiculaires à la surface supérieure de profil, lesquels poussoirs sont disposés à distance les uns des autres selon la portée d'aile. 6. Aile portante selon la revendication 5 caractérisée par le fait que les poussoirs (26) actionnés électromécaniquement sont reliés au piston d'un élément d'entraînement hydraulique, pneumatique, par un élément intermédiaire raccordé de manière articulée. 7. Aile portante selon la revendication 5 caractérisée par le fait que les poussoirs (26) sont reliés à un entraînement par noyau ou tige de poussée, commandé électromécaniquement, par un élément intermédiaire raccordé de manière articulée. 8. Aile portante selon la revendication 5 caractérisée par le fait que les poussoirs (26) sont disposés en prise avec une tige d'actionnement réglable s'étendant dans la direction de la portée d'aile. 9. Aile portante selon la revendication 3 caractérisée par le fait que des éléments bimorphes sont prévus comme moyens d'entraînement. 10. Aile portante selon la revendication 3 caractérisée par le fait que des céramiques piézoélectriques sont prévues comme moyens d'entraînement. 11. Aile portante selon la revendication 3 caractérisée par le fait que des éléments à mémoire de forme NMIi sont prévus comme moyens d'entraînement. 12. Aile portante selon l'une des revendications précédentes caractérisée par le fait que le surhaussement est d'environ 0,2 % de la profondeur d'aile.