Brevet FR2794718A1 — publié le 20001215

Utilisation de volumes d'air, annexés, confinés et stabilisés par les forces du champ en bord d'attaque et en bord de fuite des profils des divers éléments d'aéronefs fuselages-, ailes, Une part essentielle de la traînée d'un avion est due* aux accélérations conférées à l'air : 'l) en bord d'attaque pour écarter l'écoulement autour de la surface frontale 2) en bord de fuite pour ramener 1.1air à reprendre la place laissée par l'avion en sillage. La présente invention consiste à piéger et annexer des- volumes d'air afin qu'ils se substituent aux profils métalliques, notamment en bord d'attaque et en bord de fuite, pour que les accélérations décrites plus haut aient lieu entre l'air annexé et l'air d'écoulement. On constatera que la substitution de l'air-à la place du prof il métallique entraîne ' une diminution de ces accélérations dans la proportion de 2 à 1 (ein terme de vitesse), soit de 4 à 1 (en énergie), et-, autre avantage - .supprime les phénomènes de compressibilité en bord d'attaque et de raréfaction en bord de fuite, phénomènes liés à l'intensité des accélérations. Pour obtenir ce, résultat, selon l'invention le profil est tronqué net suivant un plan perpendiculaire à l'écoulement, l'angle d'incidence des parois latérales étant de l'ordre de 15% au point de section. La surface frontale ainsi délimitée est dotée d'une forme plane ou légèrement concave, apte à réfléchir devant elle des ondes de pression convergentes vers la ligne d'axe longitudinal du profil. Cependant, en l'absence d'ondes de pression divergentes indispensables pour dévier l'écoulement, un volume d'air se bloque devant la surface concave. En utilisant le support que constitue la surface frontale concave, il se désolidarise de l'air ambiant et se rend solidaire du profil. Il prend la forme d'un cône s'il s'agit d'un fuselage de section circulaire. S'il s'agit de profils linéaires - ailes, empennages - la forme est celle d'un prisme de section triangulaire. On peut obtenir le même résultat en réduisant la surface concave à une couronne périphérique concave afin d'utiliser la partie centrale du volume d'air annexé pour la cabine de pilotage à l'avant, et pour réserver un volume utile à l'arrière. Le volume d'air annexé se formera spontanément de la même façon dès lors que l'énergie dynamique de l'écoulement est suffisante pour piéger et isoler ce volume d ' air de sorte que la cabine et le volume utile à l'arrière, intérieurs à ce volume d'air annexé, n'aient aucun contact avec l'écoulement. Si on injecte un produit fumigène à l'intérieur du volume d'air annexé, sa forme exacte devient visible, l'opacité introduite est persistante, preuve que l'écoulement contourne ce volume sans le pénétrer. Au fur et à mesure que la vitesse augmente; ce volume d'air prend une forme plus allongée, ce qui réduit l'angle d"incidence des directrices qui en constituent les limites. La vitesse augmente également la stabilité et la précision de ces limites qui constituent le prolongement de la couche limite du profil métallique au point de section jusqu'au sommet du cône - ou prisme - d'air annexé. Cette couche limite concentre sur une épaisseur de l'ordre du centimètre la quasi-totalité du gradient de vitesse entre le. volume intérieur du cône - ou prisme - d'air annexé vitesse V de l'avion) et l'espace extérieur (vitesse m 0 de la perturbation). Si on représente en un point M du profil métallique la couche limite à vitesse V par exemple M 0,8 on a une courbe qui, au point M (vitesse V), est tangente à la droite RM et rejoint la verticale au point 0 = z vitesse zéro de la perturbation (fig. 2). Si on représente en P la couche limite du volume d'air annexé, on a 2 courbes symétriques opposées : 1) côté espace extérieur, la courbe P 0 où 0 gr- point zéro de la perturbation et P V/2 (soit M 0,4) de sens P vers le sommet du volume annexé ; 2) côté intérieur du volume annexé, la courbe P . 0", où 0" représente la vitesse zéro du volume annexé (= vitesse V de l'avion) et P la vitesse V/2, soit m . 0,4 de sens 0 vers P (fig. 3). La ligne de démarcation entre la zone intérieure du volume d'air annexé et l'espace extérieur est très exactement la ligne de vitesse V/2, ligne dynamique limite de deux ensembles de forces opposés : de ce fait, aussi étanche à l'air que peut l'être un profil métallique tant que l'énergie déstabilisatrice ne dépasse pas la valeur dynamique de V/2. Son action à l'intérieur du volume annexé consiste à entretenir une pression + telle que : (pression intérieure x surface cercle de base AB) - (pression extérieure hors perturbation x surface cercle AB) CX de la déviation de l'écoulement de 0 à AB. Son action côté espace extérieur consiste à dévier l'écoulement depuis le sommet 0 jusqu'autour de la base AB. La faible épaisseur de la couche limite indique que l'écoulement s'effectue en régime laminaire sur tout le parcours, en l'absence de tout phénomène d'impacts ou de compressibilité. Deuxième avantage la perturbation engendrée, de régime V/2, est 4 fois moins puissante que celle qui serait engendrée par un profil métallique de forme et de dimensions identiques mais de régime V. Le CX en est donc 4 fois inférieur. Si le profil métallique donne un CX qui se décompose comme suit : CX hors phénomène compressibilité et impacts 1 CX provenant des problèmes de compressibilité et impacts 0,3 Total (pour la déviation de 0 à AB et de CD à 0'= 1,3 Les chiffres correspondants pour le volume air annexé sont : 0,25 + 0 = 0,25, soit environ 1/5. La longueur du volume annexé s'ajoutant à celle du profil métallique est de l'ordre de 15 m (longueur OH) pour une base circulaire de 0 AB m. Si la vitesse est de 0,8 M, nous dirons que la déviation de l'écoulement du point 0 jusqu'au pourtour de AB s'effectue en un temps imparti de 6/100e de seconde, et d'autre part que l'allongement du parcours OA - OH sera d'environ 0,20 m. Pour un profil classique de diamètre AB équivalent, OH sera de l'ordre de 5 m, le temps imparti de 2/100 sec. et l'allongement du parcours OA - OH de l'ordre de 1,50 m. La comparaison de ces paramètres fait ressortir des diminutions de contraintes énormes obtenues dans ces zones par les volumes d'air annexé. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente à titre d'exemple la partie avant d'un fuselage (1) tronqué suivant un plan ab perpendiculaire à l'écoulement. La surface frontale concave (2) forme une couronne autour de la cabine de pilotage (3). Le cercle AB est la base du volume d'air annexé AOB. La cabine de pilotage est intérieure au volume d'air annexe et n'a aucun contact avec l'écoulement. La figure 2 représente la coupe de la couche limite d'un point M du fuselage métallique, vi-tesse M 0,8 à titre d'exemple, pour comparaison avec la figure 3. La figure 3 représente la coupe de la couche limite du volume d'air annexé en un point P, à la même vitesse de M 0,8. La couche limite se décompose : 1) côté extérieur : la courbe O'P va de la vitesse zéro en 0 à la vitesse V/2, soit M 0, 4 en P, la direction étant de P vers le sommet 0 du cône - ou prisme - annexé ; 2) côté intérieur du volume d'air annexé : la courbe va de P (vitesse V/2 de sens P vers la base A) à 0" (vitesse zéro du volume d'air annexé vitesse M 0,8 de l'avion). O'P et PO" sont 2 courbes z symétriques et inversées dans 2 milieux différents séparés et isolés en P, point d'énergie dynamique maximale entre 0' (domaine extérieur) et 0" (intérieur du volume d'air annexé). La figure 4 représente un fuselage entier (1) avec à l'avant une surface frontale concave (2) formant une couronne périphérique au pourtour de la cabine de pilotage (3). A l'arrière une couronne concave périphérique (4) et un volume utile aménagé (5) Volume d'air annexé à l'avant : cône AOB. Volume d'air annexé à l'arrière : cône COD. Nota les volumes d'air annexés progressent à la vitesse V de l'avion, mais la couche limite au point P, délimitant l'espace extérieur et le volume d'air annexé et déterminant l'énergie de la perturbation, ne progresse qu'à la vitesse V/2. Elle est indiquée : "régime V/2". La figure 5 représente la partie avant d'un fuselage de type classique (1) sur laquelle est adaptée une couronne périphérique concave (2) apte à piéger un volume d'air annexé AOB, 0 se trouvant sur l'axe longitudinal du fuselage. Par ailleurs, le grand diamètre AB de la couronne concave est positionné de façon à générer à l'arrière de -celle-ci un deuxième volume d'air annexé qui, dans les conditions du vol de croisière, prolongera le régime V/2 jusqu'à EF. 1' La figure 6 représente la partie arrière d'-un fuselage de type classique (1) sur lequel est adapté un plateau perpendiculaire à l'écoulement propre à piéger a 1 avant un volume d'air annexé AFB et, à l'arrière, un volume d'air annexé AOB. Le plateau, de diamètre AB, est plat dans la partie centrale et concave dans la partie périphérique avant. Il est articulé horizontalement en H, et la partie basse équipée d'un moyen de repli tel que B vienne en B' dans un évidement (2) pratiqué sur le fuselage à cet effet ; position repliée au décollage et à l'atterrissage ; position déployée en vol. La figure 7 représente la coupe longitudinale d'un profil linéaire .: aileg'.mpz=age dans la partie antérieure. Le profil (1) est incurvé en (2) pour soutenir le profil frontal concave (3) qui générera le volume d'air annexé AOB à l'avant et les deux volumes d'air annexés ACE et BDF à l'arrière, opérant le raccordement avec les parois latérales en E et F dans les conditions du vol de croisière. REVENDICATIONS 1) Profils de fuselages ailes m_Mï:>e_n,#nages d'aéronefs caractérisés en ce qu'ils sont aptes à piéger et annexer des volumes d'air qui, stabilisés par les forces du champ, se rendent solidaires du profil et se substituent à celui-ci, notamment en bord d'attaque et en borde de fuite, avec pour résultat concret la capacité d'engendrer une perturbation de régime V/2, soit 4 fois moins puissante que celle engendrée dans les mêmes conditions par un profil solide de forme et dimensions identiques. 2) Profils selon la revendication 1 caractérisés en ce qu'ils sont tronqués net suivant un plan perpendiculaire à l'écoulement et en ce que la surface frontale est dotée d'une forme concave renvoyant l'air devant elle vers la ligne d'axe longitudinal du profil, formant ainsi un support équilibré au volume d'air annexé solidaire du profil, stabilige et isolé de7l'écoulement par les forces du champ internes -et conf inées aux limites de ce volume. 3) Profils selon les revendications 1 et 2 caractérisés en ce qu'ils sont tronqués à l'arriére suivant un plan perpendiculaire e, l'écoulement, la surface frontale ainsi délimitée est dotée d'une forme concave régulière, de sorte que l'énergie dynamique de l'écoulement contribue à piéger et annexer au profil un volume d'air à l'arrière de la surface concave, formant un sillage solidaire du profil de régime V/2 comme indiqué en revendication 1. 4) Profils de fuselage selon la revendication 1, caractérisés en ce que la surface frontale concave est réduite à sa partie périphérique, pour permettre l'utilisation de la partie centrale pour loger la cabine de Pilotage à l'avant et un volume utile équivalent à l'arrière, sans nuire à la formation spontanée des volumes d'air annexés. 5) Profils de bord d'attaque du fuselage selon les revendications 1 et 4, caractérisés en' ce que la surface concç- ive f orme un écran perpendiculaire à l'écoulement qui assure la formation, devant lui, d'un volume d'air annexé, dont le sommet e.st situé sur l'axe longitudinal du fuselage - écran orienté qui, de plus, assure derrière lui la formation d'un deuxième volume d'air annexé de foi7me annulaire, obtenant -ainsi le prolongement du régime V/2 jusqu'au raccordement aux parois métalliques - la position et le diamètre de l'écran orienté étant étudiés pour que le raccordement au profil métallique s'effectue à un angle d'incidence' proche de zéro dans les conditions du vol de croisière. 6) Profils de fuselage selon les revendications 1 et 5, caractérisés en ce que la partie arrière est tronquée suivant un plan perpendiculaire à l'écoulement et équipée d'un plateau frontal, plat dans sa partie centrale, doté d'un léger galbe concave dans sa partie périphérique avant - apte de ce fait à engendrer devant lui#un volume d'air annexé de raccordement ; apte également à engendrer derrière lui la formation d'un volume d'air annexé centré suivant l'axe longitudinal du profil. Afin de permettre le cabrage de l'appareil au décollage, le plateau-écran est articulé horizontalement à mi-hauteur. La partie amovible est équipée d'un moyen de repli tel qu'elle vient s'insérer horizontalement devant l'axe d'articulation, dans un évidement du fuselage aménagé à cet effet ; position repliée au décollage et à l'atterrissage ; position déployée en vol. 7) Profils linéaires ailes e-rnpjîlmnages selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils sont tronqués à l'avant suivant un plan perpendiculaire à l'écoulement (entraînant la suppression des flèches dé bord d'attaque) en ce qu'ils présentent un profil de surface frontale concave qui génère un volume d'air annexé à l'avant ; profil concave suivi d'un évidement bilatéral permettant la formation de deux volumes d'air annexés prolongeant le "régime V/2" jusqu'au raccordement avec les parois latérales qui, dans les conditions du vol de croisière, s'effectue à un angle d'incidence proche de zéro.