Brevet FR2772715A1 — publié le 19990625

La présente invention concerne une pale pour aéronef à voilure tournante, comportant une ailette d'extrémité destinée à réduire le bruit d'interaction paletourbillon en vol de descente. On sait que tous les types d'aéronefs dont la sustentation est obtenue par un ou plusieurs rotors (hélicoptères usuels, autogyres, combinés et convertibles) engendrent, dans certaines conditions de vol en descente, un bruit impulsif intense, dénommé bruit d'interaction pale-tourbillon, dû à la rencontre des pales avec les tourbillons marginaux intenses émis par ces mêmes pales pendant les tours précédents du (des) rotor(s). De nombreux dispositifs et dessins particuliers pour des extrémités de pale ont été proposés dans le but de supprimer ou d'atténuer la nuisance sonore liée à ce phénomène, mais, jusqu'à présent, avec un succès limité et insuffisant. Les inventions dont la liste suit illustrent cet effort (1) Brevet US-4 046 336 "Vortex diffusion and dissipa tion", de J.L. Tangler (Bell-Textron), déposé en 1975, (2) Brevet français nO 88 12188 "Pale pour voilure tour nante d'aéronef et voilure tournante comportant une telle pale", de A. Damongeot (Aérospatiale SNI), dé posé en 1988, (3) Brevet US-5 199 851 "Helicopter rotor blades", de F.J. Perry & A. Brocklehurst (Westland Helicopters Ltd), sous priorité du Royaume-Uni de 1990 (brevet européen 0 482 932 Al). Le brevet (1) propose de disposer une ailette droite de faibles dimensions en extrémité de pale dans le but de dédoubler le tourbillon marginal en deux tour billons d'intensité moitié moins forte. La courte distance séparant ces deux tourbillons leur permet de se recombiner au sein d'un tourbillon plus diffus avant l'interaction avec les pales suivantes, d'où des variations de pression moins brutales à la surface des pales et un bruit moins impulsif. Il a cependant été montré que, d'une part, les dimensions trop faibles de l'ailette (corde égale à 20% de celle de la pale, envergure comprise entre 25 et 50% de la corde de la pale) ne permettent probablement pas d'obtenir deux tourbillons d'intensité égale et que, d'autre part, l'absence de vrillage sur cette ailette risque de conduire à un décollement des filets d'air à la jonction avec la pale proprement dite, d'où une augmentation de traînée et des pertes de performances. Le brevet (2) propose un autre principe visant à la fois à améliorer les performances et à réduire le bruit la répartition de la portance le long de l'envergure est modifiée de façon à assurer une réduction très progressive de cette portance vers l'extrémité, ce qui élimine ou réduit notablement l'intensité du tourbillon marginal dans certaines conditions, notamment en vol stationnaire. Cette modification de la portance est obtenue essentiellement au moyen d'une augmentation locale du vrillage (plus négatif) selon une loi prédéfinie, laquelle peut être adaptée selon la forme en plan, rectangulaire ou non, de l'extrémité (loi de corde). Le brevet (3), présenté comme un perfectionnement du brevet (1), reprend le principe de dédoublement du tourbillon marginal, mais préconise une ailette aux dimensions beaucoup plus importantes à la fois dans le sens de la corde (égale ou supérieure à 50% de la corde de la pale) et dans le sens de l'envergure (entre 4 et 8% du rayon du rotor) . De plus, un vrillage de l'ailette en sens opposé à celui de la pale est recommandé de façon à décharger la zone de liaison entre l'ailette et la pale et à éviter, ainsi, tout décollement. Un déport du bord d'attaque de l'ailette vers l'avant (de l'ordre de 15% de la corde, par rapport au bord d'attaque de la pale) est associé à une mise en flèche très prononcé de l'ailette (angle au bord d'attaque de 420) dans le but de réduire le moment de tangage de la pale à l'approche du décrochage. Enfin, le brevet (3) incorpore un léger dièdre positif (50 vers le haut) ainsi qu'un changement de profil le long de l'ailette (affinement vers l'extrémité). Cependant, il n'y a pas changement de profil à la jonction de l'ailette avec la pale. La présente invention constitue un perfectionnement à l'art antérieur, tel que notamment décrit ci-dessus. A cet effet, la pale pour aéronef à voilure tournante, comportant une ailette d'extrémité destinée à réduire le bruit d'interaction pale-tourbillon en vol de descente, est remarquable, selon l'invention, en ce que ladite ailette présente, en plan, une forme au moins sensiblement trapézoïdale, et en ce que la valeur moyenne de la corde de ladite ailette est comprise entre 25% et 40% de la corde de la partie courante de la pale. Cette caractéristique, éventuellement combinée avec les particularités complémentaires qui suivent, permet de réduire de façon sensible le bruit d'interaction précité, comme on le verra ci-après. Avantageusement, la loi de corde pour l'ailette présente les limites inférieure et supérieure suivantes limite inférieure limite supérieure point (R-x)/Co Cl/Co point (R-x)/C0 C1/Co A 1,00 1,00 D 0,60 1,00 B 1,00 0,35 E 0,60 0,40 C 0,00 0,15 F 0,00 0,40 En particulier, la loi de corde préférée peut être définie de la façon suivante point gR-x)/Co Cl/Co G 0,80 1,00 H 0,80 0,40 I 0,00 0,20 De préférence, l'angle de flèche du bord d'attaque de l'ailette est compris entre 20 et 300 et peut être soit dirigé vers l'avant, soit dirigé vers l'arrière. Avantageusement, la loi de vrillage associée à l'ailette est linéaire, décroissante, et prolonge celle de la partie interne de la pale. De préférence, le bord d'attaque de la pale, y compris l'ailette, conserve sa continuité au niveau du changement de corde. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une partie d'extrémité de pale pour voilure tournante d'aéronef, comportant une ailette selon l'invention. La figure 2 est un diagramme illustrant une loi de corde préférée, pour l'ailette de la figure 1, ainsi que les limites supérieure et inférieure de ladite loi de corde. Les figures 3 et 4 sont deux vues en plan d'une extrémité de pale présentant l'ailette selon l'invention. La figure 5 est un diagramme illustrant la loi de vrillage applicable à la pale selon l'invention. La figure 6 illustre la continuité des bords d'attaque de la pale et de l'ailette selon l'invention. La figure 7 montre un détail agrandi de la figure 6. En regard de la figure 1, la pale 1 pour aéronef à voilure tournante (dont seule une partie d'extrémité libre est représentée sur cette figure) comporte, comme cela est usuel, un bord d'attaque 2 et un bord de fuite 3, et est définie par un profil de corde C0 déterminée. Comme déjà indiqué, la pale 1 présente de plus une ailette d'extrémité 4, destinée à réduire le bruit d'interaction pale-tourbillon en vol de descente, comportant de même un bord d'attaque 5 et un bord de fuite 6, et dont chaque section successive, transversalement à l'envergure de la pale, est définie par un profil de corde C1 évolutif. A ce propos, on notera que l'envergure de l'ailette 4 peut représenter quelques pour-cent (notamment de 4 à 8%) de l'envergure totale R de la pale. Plus précisément, l'ailette 4 présente, en plan, une forme au moins sensiblement trapézoïdale, comme on le voit mieux sur les figures 3 et 4, et la valeur moyenne de la corde C1 de l'ailette 4 est comprise entre 25% et 40% de la corde C0 de la partie courante de la pale. A cet égard, il convient de considérer le terme "trapézoïdal" dans un sens large, englobant éventuellement, comme on le verra par la suite, une forme purement rectangulaire, tandis que la notion de "valeur moyenne de corde" doit être considérée comme la moyenne de la valeur de la corde de l'ailette à sa jonction avec la pale proprement dite et de celle à l'extrémité libre de l'ailette. La figure 2 illustre une loi de corde préférée (ligne CHAI), ainsi que les limites supérieure et inférieure de la loi de corde au-delà desquelles l'efficacité antibruit serait compromise Le tableau suivant précise les coordonnées des points caractéristiques limite inférieure limite supérieure forme recommandée point gR-x)/Co C1/Co point (R-x)/Co C1/Go point (R-x)/C0 Ct/Co A 1,00 1,00 D o, 60 1,00 G 0,80 1,00 B 1,00 0,35 E 0,60 0,40 H 0,80 0,40 C 0,00 0,15 F 0,00 0,40 I 0,00 0,20 On notera que ces valeurs ne sont plus relatives à la "valeur moyenne de corde" de l'ailette 4, mais à l"'évolution"décroissante de la valeur de corde C1, généralement linéaire, entre l'"emplanture" de l'ailette au niveau de la pale proprement dite et l'extrémité libre de l'ailette. Inversement, on déduit aisément la "valeur moyenne de corde" de l'ailette des valeurs du tableau cidessus. Dans tous les cas, il convient de plus de noter la variation brusque de la corde à l'emplanture précitée, traduite par les segments verticaux AB, GH et DE. Par ailleurs, l'angle de flèche F du bord d'attaque de l'ailette peut être compris entre 200 et 300, dirigé vers l'arrière (figure 3) ou bien vers l'avant (figure 4). Cette caractéristique est nécessaire afin de réduire l'intensité des ondes de choc en vol à grande vitesse, pour une limitation du bruit et une amélioration des performances du rotor. Cet angle ne doit cependant pas dépasser une valeur provoquant la formation d'un tourbillon en cornet, ou tourbillon d'apex, comme ceux apparaissant sur les avions à aile delta : ce type de tourbillon très stable et concentré produirait des interactions intenses avec les pales suivantes. Comme on le voit de plus sur la figure 5, la loi de vrillage #v associée à l'ailette est linéaire, décroissante, et prolonge simplement celle de la partie interne de la pale : il ne doit y avoir aucun point de cassure, ni inflexion au niveau du changement de corde. L'amplitude totale du vrillage, entre le centre du rotor et l'extrémité de la pale peut être comprise entre -8 et -12 . Pour préserver une bonne qualité d'écoulement, le bord d'attaque doit également conserver sa continuité au niveau du changement de corde. Cela peut être avantageusement obtenu de la façon suivante soit (y/c)0 et (z/c)0 les coordonnées réduites du profil choisi pour le côté interne de la discontinuité de corde, y étant compté dans la direction de la corde et z dans la direction perpendiculaire (les coordonnées réduites pouvant être définies par des formules algé briques ou par un tableau de points), soit c0 la corde du profil 0, côté interne, et c1 la corde du profil 1, côté externe de la discontinuité, - les coordonnées réduites du profil 1 seront définies à partir de celles du profil 0 par la transformation af fine suivante (y/c)1 = (y/c)0 Cette définition permet d'assurer la continuité du rayon de bord d'attaque (z-zBA)12 c1(z/c-zBA/c)12 c1(c0/c1)(z/c-zBA/c)02 r1 = = = = r0 2(y yBA)1 2(y/c -YBA /c)1 2(y/c -YBA /c)0 avec BA pour "bord d'attaque". Les figures 6 et 7 montrent le résultat obtenu pour un profil côté interne (profil 0) de 9% d'épaisseur relative et un rapport de corde c1/c0 valant 0,4. Des mesures acoustiques effectuées en soufflerie ont montré l'efficacité de l'invention dans un large domaine de vol. Ainsi, par rapport à une extrémité rectangulaire classique, et pour une même poussée aérodynamique, la réduction de bruit est supérieure à 2dB pour le point d'optimisation (correspondant aux conditions de descente les plus bruyantes : vitesse de 35 m/s, pente de descente de -60) , soit une diminution d'environ 40% de l'énergie acoustique perçue par l'oreille. Il apparaît, par ailleurs, que les gains restent significatifs lorsque les paramètres de vol varient : entre 30 et 45 m/s pour la vitesse, entre -20 et -100 pour la pente, et entre 0,68 et 0,76 pour le nombre de Mach de la pale avançante, notamment. REVENDICATIONS 1. Pale pour aéronef à voilure tournante, comportant une ailette d'extrémité destinée à réduire le bruit d'interaction pale-tourbillon en vol de descente, caractérisée en ce que ladite ailette (4) présente, en plan, une forme au moins sensiblement trapézoïdale, et en ce que la valeur moyenne de la corde (C1) de ladite ailette (4) est comprise entre 25% et 40% de la corde (C0) de la partie courante de la pale (1). 2. Pale selon la revendication 1, caractérisée en ce que la loi de corde pour l'ailette (4) présente les limites inférieure et supérieure suivantes limite inférieure limite supérieure point (R-x)/C0 C1/C0 point (R-x)/C0 C1/C0 A 1,00 1,00 D 0,60 1,00 B 1,00 0,35 E 0,60 0,40 C 0,00 0,15 F 0,00 0,40 3. Pale selon la revendication 2, caractérisée en ce que la loi de corde préférée est définie de la façon suivante I point (R-x)/Co C1/Co G 0,80 1,00 H 0,80 0,40 I 0,00 0,20 4. Pale selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'angle de flèche (F) du bord d'attaque (5) de l'ailette (4) est compris entre 200 et 300. 5. Pale selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'angle de flèche (F) du bord d'attaque (5) de l'ailette (4) est dirigé vers l'avant. 6. Pale selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'angle de flèche (F) du bord d'attaque (5) de l'ailette (4) est dirigé vers l'arrière. 7. Pale selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la loi de vrillage associée à l'ailette (4) est linéaire, décroissante, et prolonge celle de la partie interne de la pale (1). 8. Pale selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le bord d'attaque (2, 5) de la pale (1), y compris l'ailette (4), conserve sa continuité au niveau du changement de corde (C0, C1).