Brevet FR2784961A1 — publié le 20000428

AERONEF DU TYPE ULM 3 AXES MONOPOUTRE PERFECTIONNE La présente invention concerne un modèle d'aéronef de la catégorie ULM type 3 axes de la catégorie 11 au sens de l'article I de t'arrté de la Direction Générale de l'Aviation Civile du 17 juin 1986 modifié le 16 novembre 1989. Les intérts et avantages du modèle de l'invention sont sa légèreté, ses qualités et performances de vol avec une motorisation modeste. II peut tre utilisé aussi bien pour le loisir ou tre facilement équipé pour des activités professionnelles. II peut recevoir un train tout terrain à roues ou bien des flotteurs ou bien encore des skis, le changement pouvant tre fait rapidement et sans difficultés par l'utilisateur lui-mme. Les appareils ULM actuels sont principalement conçus pour la pratique du loisir promenade. Ils sont le plus souvent équipés d'un train à roues, mais s'ils peuvent recevoir optionnellement des flotteurs on encore des skis, couramment ces adaptations ne sont réalisables qu'en usine. Dans l'état actuel, la plupart des appareils ULM font appel à un concept de structure à fuselage en treillis de tubes assemblés soit par soudure soit par boulonnage, cette structure étant ensuite habillée par un entoilage en tissu du type dénommé commercialement"Dacron". D'autres structures de fuselages sont totalement en matériaux composites stratifiés, ou bien avec la partie arrière treillislentoillage et la partie avant en matériaux stratifiés. Ces réalisations actuelles ont l'inconvénient d'aboutir à des appareils dont le devis de poids à vide dépasse 200 kg pour atteindre parfois 240 kg, une motorisation d'au moins 65 CV, nécessitent un nombre d'heures de montage/assemblage important et demandent un savoir-faire professionnel spécialisé. L'ensemble de ces aspects se traduit par des coûts d'achat et d'utilisation relativement élevés occultant l'objectif du concept ULM qui est de rendre la pratique de l'aviation financièrement accessible au plus grand nombre. Un des buts de la présente invention est de contribuer à l'élargissement de cette pratique en produisant un aéronef ULM très léger, robuste et fiable, présentant la plus grande sécurité de vol, pouvant se satisfaire d'une puissance modeste de motorisation tout en obtenant de bonnes performances aérodynamiques avec une consommation réduite, et dont les choix préférentiels, conceptuels, et technologiques, permettent d'obtenir des coûts de production réduits et donc de pouvoir proposer des prix de ventes et d'utilisation très abordables pour le plus grand nombre de pratiquants. La présente invention a également pour objet que cet appareil puisse tre modulable pour une diversité d'utilisations, les aménagements et adaptations devant pouvoir tre réalisés de façon simple et rapide par l'utilisateur lui-mme. Pour satisfaire à ces objectifs, le choix préférentiel s'est porté sur un concept d'appareil type monopoutre basse, biplace en tandem, ailes hautes, la forme particulière de la poutre et des ailes caractérisant principalement cet appareil. La poutre des appareils de ce type est habituellement un tube cylindrique en alliage d'Aluminium. Or, I'analyse des propriétés mécaniques de ce profité cylindrique disponible sur le marché montre qu'il présente l'inconvénient d'avoir un rapport poids/résistance mécanique peu satisfaisant d'une part, et d'autre part du fait de sa forme cylindrique d'aboutir à des solutions de réalisations mécaniques parfois complexes et très souvent onéreuses. Concluant sur des incompatibilités avec les objectifs de l'invention, particulièrement en terme de coûts de réalisation de robustesse et de performances aérodynamiques, ces constats analytiques ont conduit à l'étude et la réalisation d'une poutre et d'un profil d'aile devant répondre aux buts recherchés de l'invention. A cet effet, l'invention a pour objet un aéronef du type ULM 3 axes monopoutre, caractérisé en ce que la poutre est un profilé creux dont la section est définie par un contour externe constitué par un rectangle dont les angles sont biseautés et par un contour interne constitué par un octogone dont quatre côtés opposés deux à deux sont communs avec les côtés dudit rectangle et dont les quatre autres côtés forment gousset de renfort au droit desdits angles biseautés. Les calculs RDM ainsi que les essais statiques réalisés font apparaître qu'à poids égal de mme matière et une sollicitation identique d'effort en flexion, la flèche résultant de cet effort sur la poutre de l'invention est inférieur de plus de 2 fois à ladite flèche des poutres cylindriques habituellement utilisées. Dans le mode de réalisation préférentiel de la poutre de l'invention, les facettes périphériques longitudinales plates définies par le contour extérieur ont l'avantage de constituer des surfaces extérieures permettant des interfaces mécaniques simples et solides avec les autres éléments constitutifs de l'appareil. Ce mode de réalisation préféré de la poutre permet donc de cumuler avantageusement rigidité mécanique et devis de poids faible de la poutre ellemme mais aussi de la structure générale de l'appareil. L'ensemble de ces avantages permet d'aboutir à des résultats de gain de poids et de réduction de prix de revient conséquents du modèle d'appareil de l'invention. Couramment les ailes d'ULM ont une structure principale dite en échelle, constituée de 2 tubes longitudinaux dont l'écartement est maintenu par des tubes transversaux dits de compression, la forme d'extrados étant donnée par des nervures solidaires de l'échelle. L'entoilage est du type dit chaussette préfabriquée en tissu du type dénommé commercialement"Dacron"enfilée sur la structure de l'aile et tendue par des cordelettes. Bien que la chaussette"Dacron"soit relativement économique elle a pour inconvénients une densité au m2 assez élevée, un coefficient de frottement à l'air médiocre et sa tension se relâche dans le temps. De plus, le profil de bord d'attaque étant seulement donné par le tube longitudinal de t'échette et l'entoilage, sa forme aérodynamique n'est pas optimale. De l'ensemble de ces inconvénients, il résulte que ce type d'aile a un coefficient de traînée assez élevé, une portance modeste, et ses performances se dégradent dans le temps. L'appareil de l'invention est aussi caractérisé par les choix préférentiels de réalisation des ailes, particulièrement du bord d'attaque, de l'extrémité d'aile dit saumon et de l'entoilage en toile thermo-rétractable type aviation. Selon une réalisation préférée de l'invention, le bord d'attaque est caractérisé par une forme dont la courbure est tangentielle à 3 arcs de cercle, le rayon de chaque cercle étant optimisé pour donner au bord d'attaque la forme particulière de l'invention. Avantageusement, cette forme de l'invention donnée au bord d'attaque favorise la création des forces de sustentation, particulièrement dans le domaine de basses vitesses d'évolutions propres aux ULM, tout en minimisant la résistance à la pénétration dans l'air de l'aile. Une pièce verticale reliant les 2 extrémités arrières de la forme ci-avant décrite donne au bord d'attaque un profil de section dit en"D". L'avantage de cette réalisation préférée de forme en"D"est de produire une pièce mécaniquement très rigide pour une faible épaisseur de matière et de participer notablement à la résistance mécanique de l'ensemble de l'aile et particulièrement à la flexion longitudinale et au vrillage. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la forme particulière du saumon d'extrémité d'aile et le choix préférentiel de son dièdre, ou angle formé avec l'intrados de l'aile, participent à une diminution significative des tourbillons marginaux, ou traînée induite, d'extrémité d'aile. De préférence, l'entoilage de l'aile utilise un tissu thermo-rétractable spécifique aviation ayant les avantages de facilité de mise en oeuvre et de réalisation sans savoir-faire spécialisé, de présenter un faible coefficient de frottement aux filets d'air et d'tre le matériau d'habillage d'aile le plus léger. En outre, l'utilisateur peut facilement réaliser lui-mme la réparation d'éventuelles déchirures, sans affecter l'aspect esthétique et surtout le rendement aérodynamique de la partie réparée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus en détails dans la description de l'exemple de réalisation de l'aéronef ULM exposé ci-après, réalisation donnée à titre illustratif et non limitatif et illustrée par les dessins annexés. Quelques dimensions seront données, certaines à titre indicatif d'autres pouvant tre caractéristiques de l'invention. Les figures 1 et 2, représentent les coupes de section caractérisant la poutre et le bord d'attaque d'aile de l'invention. Sur la figure 1, la poutre 1 de l'invention est un profilé creux dont la section est définie par un contour externe constitué par un rectangle à quatre côtés, respectivement 1a, 1b, 1c, 1d, de mme épaisseur, par exemple 1e = 2 mm et dont les angles sont biseautés. A titre d'exemple, le rectangle peut avoir une hauteur h de 130 mm et une largeur I de 120 mm. De préférence, chaque angle est biseauté suivant trois côtés, respectivement 1f, 1g, 1h, de longueur égale ou non. C'est ainsi que les angles du contour externe en rectangle de la poutre (1) pourraient tre biseautés non pas suivant trois côtés (1f, 1g, 1h), mais suivant deux côtés seulement, voire un seul. La poutre 1 présente en outre un contour interne constitué par un octogone dont quatre côtés, opposés deux à deux, sont communs avec les côtés 1a à 1d dudit rectangle et dont les quatre autres côtés, respectivement 1i, 1j, 1k, 11, d'épaisseur 1e'par exemple égale à 1mm, forment gousset de renfort au droit des côtés 1f, 1g, 1h. A titre indicatif, la poutre (1) de l'exemple de réalisation ayant le profil de la figure 1 est en alliage d'aluminium Al Mg Si 0.5 et est obtenue par extrusion. La figure 2 représente la vue en coupe du bord d'attaque des ailes (15) de l'invention, la forme du nez (2n) étant tangente à 3 cercles dont les centres se trouvent sur une droite à une distance (2d) = 35 mm du plan d'intrados (2p). A L'extrémité 2e du nez (2n) le bord d'attaque est tangent à un cercle de centre 0,, de rayon 2r = 25 mm. En un point 2'situé légèrement au-dessus de l'extrémité 2e, le bord d'attaque est tangent à un cercle de centre ou et de rayon 2r'= 35 mm. En un point 2e"de raccordement du bord d'attaque au plan d'intrados 2p, le bord d'attaque est tangent à un troisième cercle de centre 03 et de rayon 2r"= 35 mm. Le centre O, est sensiblement à mi-distance entre l'extrémité 2e et le centre 03, cependant que le centre 02 est sensiblement au 2/3, en partant du point 2e, de la distance séparant 2e du centre 03. Une pièce (2f) est rapportée intérieurement par collage sur le nez (2n) en donnant un profil dit en"D"conférant une bonne rigidité mécanique utilisée avantageusement pour la construction de l'aile. Le bord d'attaque (2n) de t'exempte de réalisation est en polyester stratifié mais peut tre en tout autre matériau et pour dimensions indicatives (21) = 145 mm et (2h) = 150 mm. La figure 3 est une vue schématique de profil de t'exempte de réalisation d'aéronef ULM illustrant le rote central de la poutre (1), celle-ci recevant t'empennage (4), le plancher (3) sur lequel sont fixés les sièges passagers (11) et (12) et le carénage (8) avec un pare-brise (17), le support de groupe motopropulseur (18), un réservoir carburant (13) et un portique dit"cabane" dont les mâts (9) et (10) assurent la liaison mécanique entre les ailes (15) et le reste de l'appareil. Les vues de coupes des figures 4,5 et 6 illustrent l'intért du choix préférentiel de la forme extérieure de la poutre (1) de l'invention. Sur la figure 4, la pièce (5) de t'empennage (4) s'applique sur les faces plates (1a), (1f) et (1h) de la poutre (1), t'ensemble étant solidarisé par la ligne de rivets (6). Sur la figure 5, le plancher (3) est constitué de tôles (3a) et (3b) simplement fixées par rivetage sur les faces plates (1f) et (1h) de la poutre (1). Outre la fonction première de support de la charge passagère et d'accessoires fixés sur la face supérieure (3a) du plancher (3), la forme trapézoïdale simple et robuste du plancher (3) est avantageusement utilisée comme raidisseur mécanique structurel et sa surface plate inférieure (3b) pour apporter un complément de portance à l'appareil. Sur la figure 6, utilisant une des particularités avantageuses des faces plates (1a) de la poutre (1), celle-ci est prise entre la pièce (9e) du pied des mâts (9) et (10) de cabane et une traverse (20) fixée sur les pièces (9d) de pied des mâts (9) et (10), l'ensemble poutre, traverse et pied de mât étant solidarisé par boulonnage (21) et (22). La traverse (20) est plaquée contre la face (1c) de la poutre ainsi que sur les deux facettes adjacentes (1f) et (1h). Les tubes obliques (9c) du pied des mâts reçoivent par emboîtement les jambes du train qui peut tre soit à roues (16a), soit à flotteurs (16b), soit à skis (16c). Avantageusement, ce couplage mécanique traverse/pied de mât préserve la poutre (1) des contraintes à l'écrasement et des efforts sévères issus du train d'atterrissage. Accessoirement, le mât arrière (10) et la poutre (1) reçoivent le support (18) du groupe motopropulseur (19) qui peut tre de différentes marques et jusqu'à 80 CV de puissance, ledit groupe motopropulseur pouvant tre monté facilement et sans modification du centrage de l'appareil. L'appareil de l'exemple de réalisation a été équipé d'un moteur"ROTAX 503"de 50 CV. Les figures 7,8 et 9 présentent des vues schématiques partielles de l'aile de l'invention. Sur la figure 7, vue partielle du profil de section de l'aile, le bord d'attaque (2n) vient en renfort du tube longitudinal (t2) de structure d'aile dite en échelle et reçoit les nervures (t4) d'extrados. Cet assemblage préférentiel confère à l'aile une très bonne tenue mécanique, particulièrement à la flexion longitudinale et au vrillage. Sur la figure 8, vue partielle de l'aile entoilée côté emplanture, le tissu d'entoilage d'extrados tendu par les nervures forme des vagues (v1) de longueur (13) = 60 cm, de hauteur (h4) = 19 cm et de creux (h5) = 16 cm. Cette forme d'extrados en vagues donnant lieu à une épaisseur relative d'aile variable, d'une part le rendement de l'aile évolue peu avec la vitesse, contrairement aux ailes 6 extrados uniforme, et d'autre part cette forme en vagues creuses redresse tant soit peu les filets d'air d'extrados diminuant d'autant la traînée dite de profil. Les dimensions données de l'exemple de réalisation peuvent tre différentes suivant les performances souhaitées de l'aile. Sur la figure 9, l'extrémité de l'aile comporte un saumon (14s) fixé sur le tube de compression (t1), formant un angle (, u1) = 30 avec l'intrados (il) de I'aile et venant tendre l'entoilage d'extrados (t3). La forme donnée au saumon (14s) et l'angle (p1) sont optimisés pour canaliser au mieux les filets d'air d'intrados d'extrémité d'aile afin de minimiser ! a traînée induite. Le saumon (14s) de l'exemple de réalisation est en polyester stratifié mais peut tre en tout autre matériau. Avantageusement les matériaux utilisés pour réaliser cet appareil sont principalement des tôles et des profilés d'Aluminium de dimensions courantes, les formes complexes en matériaux composites pour leur légèreté et leur passivité de mise en oeuvre et de fabrication. Parmi les avantages de l'aéronef ULM de l'invention, d'une part le poids total à vide est inférieur à 200 kg, résultat inhérent à la légèreté de la structure obtenue en grande partie grâce au profil de la poutre, et d'autre part le coefficient de finesse est de l'ordre de 12/1 avec une vitesse de décrochage proche de 40 km/h résultant principalement de la qualité des ailes. En conséquence de quoi, à performances de vitesses et de distances de décollage analogues à celles des appareils ULM connus, la puissance de motorisation nécessaire pour l'appareil ULM de l'invention n'est que de 50 CV avec une consommation de carburant (mélange à 2%) inférieur à 10 I/h. L'aéronef ULM de l'invention correspond bien au but fixé de légèreté et de robustesse, de performances aérodynamiques, de polyvalence d'utilisation et de prix de revient réduits de fabrication et d'utilisation, ces résultats devant permettre t'accès de la pratique de l'aviation de loisirs au plus grand nombre et promouvoir l'utilisation professionnelle de l'ULM. Le modèle décrit est un exemple de réalisation mais d'autres réalisations sont envisageables attendu que l'invention n'est pas limitée au modèle d'appareil de l'exemple ou à son utilisation. REVENDICATIONS 1. Aéronef du type ULM 3 axes monopoutre, caractérisé en ce que la poutre (1) est un profilé creux dont la section est définie par un contour externe constitué par un rectangle dont les angles sont biseautés et par un contour interne constitué par un octogone dont quatre côtés opposés deux à deux sont communs avec les côtés (1a, 1b, 1c, 1d) dudit rectangle et dont les quatre autres côtés (1i, 1j, 1k, 11) forment gousset de renfort au droit desdits angles biseautés. 2. Aéronef suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits angles biseautés du rectangle du contour externe définissent chacun trois côtés (1 f, 1 g, 1 h). 3. Aéronef suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bord d'attaque des ailes (15) a une forme de nez (2n) tangente à trois cercles dont les centres (o1, o2, o3) sont sur une droite à une distance (2d) de 35 mm du plan d'intrados (2p), le cercle (o1) de tangence de l'extrémité (2e) du bord d'attaque ayant un rayon (2n) de 25 mm, les deux autres cercles un mme rayon (2r', 2r") de 35 mm, et en ce qu'une pièce (2f) et rapportée par collage sur le nez (2n) pour donner un profil en"D"conférant une bonne rigidité mécanique. 4. Aéronef suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la poutre (1) reçoit l'empennage (4), le plancher (3) sur lequel sont fixés les sièges passagers (11) et (12), le carénage (8), le support de groupe motopropulseur (18) et un portique dit"cabane"dont les mâts (9) et (10) assurent la liaison mécanique entre les ailes (15) et le reste de l'appareil. 5. Aéronef suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce (5) de l'empennage (4) est reçu sur l'une des faces (1a) du contour rectangulaire externe de la poutre (1) et sur deux faces adjacentes (1f, 1h) des facettes de biseautage, t'ensemble étant solidarisé par des lignes de rivets (6). 6. Aéronef suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le plancher (3) est constitué de tôles (3a) et (3b) simplement fixées par rivetage sur des facettes (1f, 1h) de biseautage de la poutre (1), l'une des tôles (3a) ayant fonction de support de la charge passagère et d'accessoires, la forme trapézoïdale simple et robuste du plancher (3) étant avantageusement utilisée comme raidisseur mécanique structurel, cependant que l'autre tôle (3b) apporte par sa surface plate inférieure un complément de portance à l'appareil. 7. Aéronef suivant la revendication 4, caractérisé en ce que grâce à ses faces plates (1a, 1c, 1f, 1h), la poutre (1) est prise entre la pièce (9e) du pied des mâts (9) et (10) de cabane et une traverse (20) fixée sur les pièces (9d) desdits pieds de mâts, l'ensemble poutre, traverse et pied de mât étant solidarisé par boulonnage (21) et (22). 8. Aéronef suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les tubes obliques (9c) du pied des mâts reçoivent par emboîtement les jambes du train pouvant tre soit tout terrain à roues (16a), soit à flotteurs (16b), soit à skis (16c). 9. Aéronef suivant l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le mât arrière (10) et la poutre (1) reçoivent le support (18) du groupe motopropulseur (19). 10. Aéronef suivant l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le bord d'attaque (2n) vient en renfort du tube longitudinal (t2) de structure d'aile dite en échelle et reçoit les nervures (t4) d'extrados. 11. Aéronef suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le tissu d'entoilage d'extrados d'aile tendu par les nervures (t4) forme des vagues (v1). 12. Aéronef suivant l'une des revendications 1 a 11, caractérisé en ce que l'extrémité de l'aile comporte un saumon (14s) fixé sur le tube de compression (t1), formant un angle (, u1) = 30 avec l'extrados (i1) de l'aile et venant tendre l'entoilage d'extrados (t3).