Brevet FR2807389A1 — publié le 20011012

La présente invention concerne un mât de suspension profilé de voilure d'aéronef. On sait que certains aéronefs comportent des mâts profilés, sus- pendus à leur voilure et faisant saillie par rapport à l'intrados de cette der- nière. De tels mâts sont destinés à la suspension, sous la voilure, de dis- positifs tels que moteurs, armes, réservoirs de carburant, etc... Bien entendu, ces mâts et les dispositifs qui y sont suspendus en- gendrent des perturbations dans l'écoulement aérodynamique sur la voi- lure, ce qui se traduit, localement, par une perte de portance et un ac- croissement de traînée. Ces effets aérodynamiques défavorables sont par ailleurs renforcés, du fait que, pour des raisons structurelles notamment, lesdits mâts, d'une part, présentent une largeur relativement importante et, d'autre part, ont leur bord de fuite au voisinage du bord de fuite de la voilure, un tel voisinage de bords de fuite augmentant les risques de dé- collement des filets d'air. Pour remédier à ces inconvénients, on utilise déjà depuis 1986, sur l'avion Airbus A320, un carénage de réduction de perte locale de susten- tation aérodynamique due à un tel mât de suspension. Un carénage du même type --qui est par exemple décrit dans le document EP-A-O 432 972-- est disposé au contact de l'intrados de ladite voilure et s'étend, d'une part, en hauteur, sur une partie dudit mât et, d'autre part, vers l'ar- rière de la voilure, en se prolongeant au-delà du bord de fuite de cette der- nière. Un tel carénage connu présente la forme approximative d'un paral- lélépipède droit terminé à l'arrière par une pyramide à pointe arrondie. La surface supérieure du carénage, saillant au-delà du bord de fuite de la voilure, prolonge l'extrados de celle-ci et la largeur dudit carénage corres- pond à la largeur maximale dudit mât, de sorte que les faces latérales du- dit carénage prolongent vers l'arrière la section de largeur maximale dudit mât. Pour un avion de taille moyenne, ce carénage connu présente des dimensions acceptables. En revanche, pour un avion de grande taille, il est obligatoirement long et volumineux, ce qui engendre de fortes charges aérodynamiques s'exerçant en vol sur ledit carénage. Ceci implique de le rigidifier de sorte qu'il en résulte une augmentation de masse pénalisante. Par ailleurs, lorsque la voilure comporte des éléments mobiles de bord de fuite, tels que des volets de courbure, ce carénage doit lui-même être mobile. Dans ce cas, pour certaines configurations de vol, le carénage peut se trouver au moins en partie dans le flux d'air chaud d'un moteur -dont la température peut atteindre 700 C-- de sorte qu'il doit alors être réalisé dans des matériaux résistant à la chaleur et dimensionné pour ré- sister à ces températures élevées et à la fatigue acoustique. Il en résulte donc des contraintes de masse et des coûts supplémentaires de réalisa- tion. L'objet de la présente invention est de remédier à ces inconvé- nients. A cette fin, selon l'invention, le mât de suspension de voilure d'aé- ronef, ladite voilure comportant un intrados dont la partie arrière est concave et en retrait par rapport à sa partie avant et ledit mât: - étant suspendu à ladite voilure en faisant saillie par rapport audit intra- dos de la voilure et étant profilé pour comporter, entre son bord d'atta- que et son bord de fuite, une section de largeur maximale; et - étant pourvu d'un carénage de réduction de perte locale de sustentation aérodynamique, qui: est disposé au contact de l'intrados de ladite voilure et s'étend en hauteur sur une partie dudit mât; et s'étend vers l'arrière de la voilure et se prolonge, au-delà du bord de fuite de celle-ci, par une partie arrière saillante ayant une surface su- périeure en prolongement aérodynamique de l'extrados de ladite voi- lure, est remarquable - en ce que ladite section de largeur maximale dudit mât est disposée à l'avant de ladite partie arrière, concave et en retrait, de l'intrados de la voilure; et - en ce que ledit carénage de réduction de perte locale de sustentation 1 o aérodynamique: est logé, au moins pour la plus grande part de sa hauteur, dans la concavité de ladite partie arrière de l'intrados de la voilure, s'étend vers l'arrière de la voilure en s'évasant latéralement, à la ma- nière d'un éventail, depuis ledit mât de suspension, o il présente une largeur au moins approximativement égale à ladite largeur maxi- male de celui-ci jusqu'au bord de fuite de la voilure, o il présente une largeur au moins égale à deux fois ladite largeur maximale, et comporte une face inférieure qui se rapproche de ladite surface supé- rieure en prolongement aérodynamique de l'extrados de la voilure pour donner, à ladite partie arrière saillante dudit carénage, la forme d'une lame s'amincissant vers l'arrière et terminée par un bord de fuite aérodynamique, qui est en saillie par rapport au bord de fuite de la voilure et qui s'étend le long de celui-ci sur une longueur corres- pondant à ladite largeur dudit carénage à l'emplacement dudit bord de fuite de la voilure. Ainsi, grâce à la présente invention, on obtient un carénage plat, de faibles dimensions en hauteur, mais de forme étalée sur le bord de fuite de la voilure, qui permet de résoudre les problèmes du carénage connu, mentionnés ci-dessus. Une telle forme plate et étalée permet, non seule- ment d'éliminer les problèmes de voisinage des bords de fuite de la voilure et du mât de suspension, mais encore de modifier fortement la circulation locale de l'air en favorisant la répartition de vitesse au bord de fuite de la voilure. Le gain de portance obtenu par le carénage conforme à la pré- sente invention est nettement supérieur à celui du carénage connu. De plus, ce gain de portance est plus étalé en envergure, du fait de la forme spécifique étalée du carénage de l'invention. On remarquera que, afin d'annuler ou à tout le moins de minimiser la perte de portance due à la présence du mât de suspension et à l'instal- lation, par exemple motrice, qu'il porte, on pourrait être tenté de donner audit carénage une largeur --au niveau du bord de fuite de la voilure-cou- vrant en envergure la totalité de la zone de perte de portance. Cependant, dans ce cas, cette largeur pourrait être égale à de nombreuses fois la lar- geur maximale du mât, ce qui imposerait audit carénage des dimensions, et donc une masse, importantes. Aussi, en pratique, la largeur du caré- nage au niveau du bord de fuite de la voilure résulte d'un compromis entre le gain de portance procuré par ledit carénage de l'invention et la masse correspondante de ce dernier. On remarquera de plus que la forme effilée du bord de fuite aéro- dynamique dudit carénage permet de réduire considérablement la longueur de la partie saillante du carénage connu au-delà du bord de fuite de la voilure pour une efficacité aérodynamique du même ordre. L'expérience a montré que la présente invention permet de réduire d'environ 80% la hau- teur du carénage et d'environ 50% la longueur de ladite partie saillante de celui-ci par rapport à ce carénage connu, à efficacité aérodynamique sen- siblement égale vis-à-vis des risques de décollements des filets d'air au bord de fuite du mât et des problèmes de perte de portance. Une telle ré- duction des dimensions permet donc d'éviter les inconvénients de masse et d'encombrement mentionnés ci-dessus et, dans le cas d'un carénage mobile proche du flux chaud d'un moteur, de réduire les contraintes de dimensionnement et de nature des matériaux à utiliser. Avantageusement, le bord de fuite de ladite partie arrière saillante comporte une partie intermédiaire et deux parties latérales, ladite partie intermédiaire se trouvant en prolongement aérodynamique de ladite section de largeur maximale dudit mât et étant plus en saillie, par rapport au bord de fuite de la voilure, que lesdites parties latérales. Ainsi, c'est cette partie intermédiaire se trouvant en prolongement du mât de suspension, qui est la plus saillante par rapport au bord de fuite de la voilure pour pouvoir limiter au maximum les problèmes de décolle- ment de filets d'air et de perte de portance dus à la présence dudit mât de suspension. Quant à elles, les parties latérales du bord de fuite du caré- nage permettent d'augmenter le gain en portance, par extension locale de la corde de la voilure, sur une envergure limitée. A leur extrémité opposée à ladite partie intermédiaire, lesdites par- ties latérales du bord de fuite de la partie arrière saillante peuvent rejoindre progressivement le bord de fuite de la voilure et ladite partie intermédiaire du bord de fuite de la partie arrière saillante peut être arrondie et convexe, tandis que lesdites parties latérales du bord de fuite de la partie arrière saillante peuvent comporter une portion concave au raccord de ladite par- tie intermédiaire. Pour augmenter l'efficacité du carénage conforme à la présente in- vention, on a trouvé qu'il était avantageux que: - ladite face inférieure dudit carénage comporte une nervure intermédiaire et deux flancs latéraux; - ladite nervure intermédiaire se trouve en prolongement aérodynamique de ladite section de largeur maximale dudit mât, se termine à l'arrière par ladite partie intermédiaire de bord de fuite et soit plus en relief, par rapport à ladite partie arrière de I'intrados de la voilure, que lesdits flancs latéraux; et - lesdits flancs latéraux relient progressivement ladite nervure intermé- diaire à ladite partie arrière dudit intrados de la voilure en formant laté- ralement ledit éventail et se terminent à l'arrière par lesdites parties la- térales de bord de fuite de ladite partie arrière saillante. Le carénage selon l'invention peut être symétrique ou dissymétri- que par rapport à l'axe longitudinal du pied dudit mât de suspension. Quel que soit le mode de réalisation du bord de fuite du carénage, il va de soi qu'il faut veiller à ce que la forme de la partie arrière saillante de ce dernier n'entraîne pas des décollements des filets d'air, ce qui aug- menterait la traînée. Par ailleurs, afin d'éviter que la partie arrière saillante du carénage conforme à la présente invention soit noyée dans les effets visqueux de la couche limite au voisinage du bord de fuite de la voilure --ce qui réduirait notablement l'efficacité aérodynamique dudit carénage--, il est important que, audit bord de fuite de la voilure, l'épaisseur dudit carénage soit supé- rieure à l'épaisseur de la couche limite de l'écoulement aérodynamique sur ladite voilure. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment lI'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Les figures 1 et 2 montrent respectivement, en vues de dessus et de dessous, un exemple schématique de mât de suspension conforme à la présente invention, destiné à supporter un moteur sous la voilure d'un avion. La figure 3 représente, en vue de côté partielle agrandie, la voilure dudit avion et la partie supérieure du mât de suspension des figures 1 et 2. Les figures 4 à 9 sont des vues en section, correspondant respec- tivement aux lignes de coupe IV-IV à IX-IX des figures 1 et 3. La figure 10 est une vue partielle, en perspective de l'arrière et du dessous, du mode de réalisation du mât de suspension illustré par les figu- res 1 à 9. Les figures 1 1 et 12 sont des diagrammes illustrant l'action aéro- dynamique du carénage conforme à la présente invention. Sur les figures 1 et 2, on a représenté une portion de la voilure 1 d'un avion, au voisinage d'un moteur 2 de ce dernier. Ce moteur 2 est suspendu à la voilure 1 par l'intermédiaire d'un mât de suspension 3, qui fait saillie par rapport à l'intrados 4 de la voilure 1, à laquelle il est relié par le pied de mat 3S, d'axe longitudinal L-L. Comme on peut le voir sur la figure 3, la voilure 1 comporte une partie avant (du côté du bord d'attaque i A) épaisse et une partie arrière (du côté du bord de fuite 1F) mince du fait que l'intrados 4 comporte une partie arrière 4R concave et en retrait par rapport à sa partie avant 4A. Le mât de suspension 3, lui-même suspendu à la voilure 1 de ma- nière connue et non représentée, est profilé et il comporte un bord d'atta- que 5 et un bord de fuite 6 et, entre ceux-ci, une section 7 de largeur maximale M. (La largeur du mât 3 est la dimension de ce dernier qui est au moins sensiblement parallèle à l'envergure Y de la voilure 1, c'est-à- dire orthogonale au plan de la figure 3). Dans l'exemple représenté sur les figures, la section 7 n'est pas verticale, mais fortement inclinée vers l'avant, du haut vers le bas. Par ailleurs, ladite section de largeur maxi- male 7 du mât 3 est disposée à l'avant de la partie arrière 4R, concave et en retrait, de l'intrados 4 de la voilure 1. De plus, le mât de suspension 3 est pourvu d'un carénage 8 (voir également les figures 4 à 10), destiné à réduire la perte locale de portance et l'accroissement local de traînée engendrés par le mat 3 et le moteur 2. Ce carénage 8 est plat et est disposé au contact de I'intrados 4 de la voi- lure 1, en ne s'étendant que sur une faible partie de la hauteur dudit mât 3. Plus précisément, le carénage 8 est logé, au moins pour la plus grande part de sa hauteur, dans la concavité de la partie arrière 4R de I'intrados 4 de la voilure 1. Le carénage plat 8 s'étend vers l'arrière de la voilure 1 et se pro- longe au-delà du bord de fuite 1F de cette dernière, par une partie arrière saillante 1 2, dont la surface supérieure 1 3 est en prolongement de l'extra- dos 14 de la voilure 1. La face inférieure 1 5 du carénage 8, au moins dans sa partie arrière, se rapproche de la face supérieure 13 pour donner à la- dite partie arrière saillante 12 la forme d'une lame s'amincissant vers l'ar- rière et terminée par un bord de fuite 16, en saillie par rapport au bord de fuite 1 F de la voilure 1. En s'étendant vers l'arrière de la voilure 1, le carénage plat 8 s'évase latéralement, à la manière d'un éventail, depuis le mât de suspen- sion 3, o sa largeur est au moins approximativement égale à la largeur maximale M de la section 7, jusqu'au bord de fuite 1 F de la voilure 1 o il présente une largeur La plusieurs fois supérieure à ladite largeur maximale M du mât de suspension 3. Latéralement, ledit carénage plat 8 se rac- corde à la partie arrière 4R de l'intrados 4, le long de lignes évasées 9 et , partant dudit mât de suspension 3 et aboutissant aux extrémités du bord de fuite 16 de la partie arrière saillante 1 2. Ainsi, le bord de fuite 16 présente une longueur qui est égale à la largeur La du carénage plat 8, au niveau du bord de fuite 1 F de la voilure 1. Comme on peut le voir sur les figures 1, 2 et 10, le bord de fuite 1 6 de la partie arrière saillante 12 comporte une partie intermédiaire 1 6I et deux parties latérales 1 6L1 et 1 6L2. La partie intermédiaire 1 6I se trouve en prolongement aérodynamique de la section 7 de largeur maximale M du mât de suspension 3 et est plus en saillie, par rapport au bord de fuite 1 F de la voilure 1, que les parties latérales 1 6L1 et 1 6L2. Dans l'exemple de réalisation montré par les figures, le bord de fuite 16 de la partie arrière saillante 12 présente la forme approximative d'une accolade avec une partie intermédiaire 16I, arrondie et convexe, raccordée progressivement au bord de fuite 1 F de la voilure 1 par lesdites parties latérales 16L1 et 16L2, qui présentent une portion concave 17 ou 18 au raccord de la partie intermédiaire 1 6I. Comme on le voit mieux sur les sections des figures 5 à 9, la face intérieure 15 du carénage 8 comporte une nervure intermédiaire 19 et deux flancs latéraux 20 et 21, raccordés à la partie arrière 4R de l'intrados 4 par lesdites lignes évasées 9 et 10. Cette nervure intermédiaire 19 se trouve en prolongement aérodynamique de la section 7 de largeur maxi- male M et se termine à l'arrière par la partie intermédiaire 16I du bord de fuite 16. Par rapport à la partie arrière 4R de l'intrados 4 de la voilure 1, la nervure intermédiaire 19 est plus en relief que lesdits flancs latéraux 20 et 21. Ceux-ci relient progressivement la nervure intermédiaire 19 à la partie arrière 4R de l'intrados 4 en formant latéralement ledit éventail, qui est délimitée par les lignes de raccord évasées 9 et 10. Les flancs latéraux 20 et 21 se terminent à l'arrière par les parties latérales 16L1 et 16L2 du bord de fuite 1 6 de la partie arrière saillante 1 2. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, le caré- nage 8 et son bord de fuite 16 sont dissymétriques par rapport à l'axe longitudinal L-L du pied 3S du mât 3. En réalité, la forme du bord de fuite 16 dépend du cas d'espèce et pourrait tout aussi bien être symétrique par rapport audit axe L-L. Grâce à la présente invention, on obtient donc un carénage 8 par- ticulièrement plat et peu encombrant en hauteur mais étalé en largeur. Sur les figures 1 et 3, on a représenté en traits mixtes les contours du caré- nage connu PA, qu'il serait nécessaire de prévoir pour la voilure 1, à effi- cacité aérodynamique équivalente, vis-à-vis des risques de décollements des filets d'air au bord de fuite du mât et des problèmes de perte de por- tance. Sur la figure 11, on a représenté, en fonction de la distance x le long de la corde C du profil de la voilure 1, comptée à partir du bord d'at- taque 1A en direction du bord de fuite 1F, la courbe 25 de variation du coefficient de pression Kp sur l'extrados 14 et la courbe 26 de variation dudit coefficient Kp sur l'intrados 4, pour l'ensemble moteur 2- pylône 3 - voilure 1 pourvu du carénage 8 décrit ci-dessus. A titre de comparai- son, sur cette figure, on a tracé de plus les mêmes courbes 27 et 28 pour ledit ensemble moteur 2- pylône 3- voilure 1, duquel ledit carénage 8 est éliminé. On voit aisément que, grâce au carénage 8 de l'invention, la portance dudit ensemble est augmentée, dans la partie arrière 4R de l'in- trados, dans une proportion qui correspond à la somme des zones hachu- rées 29 et 30 représentées sur la figure 11. Par ailleurs, sur la figure 12, on a représenté, en fonction de l'en- vergure Y de la voilure 1, la variation du coefficient de portance local Czl au droit de l'installation motrice sur ladite voilure, la position du moteur 2 et du mât de suspension 3 correspondant à la valeur Yo de ladite enver- gure Y. La courbe 31 correspond à l'ensemble moteur 2 - pylône 3 - voi- lure 1 pourvu du carénage 8 décrit ci-dessus, tandis que la courbe 32 correspond au même ensemble moteur 2 - pylône 3 - voilure 1 dont ledit carénage 8 a été supprimé. On peut ainsi apprécier l'importance du gain de portance apporté par le carénage 8 de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Mât de suspension (3) de voilure d'aéronef, ladite voilure (1) comportant un intrados (4) dont la partie arrière (4R) est concave et en retrait par rapport à sa partie avant (4A) et ledit mât (3): - étant suspendu à ladite voilure (1) en faisant saillie par rapport audit intrados (4) de la voilure (1) et étant profilé pour comporter, entre son bord d'attaque (5) et son bord de fuite (6), une section (7) de largeur maximale (M); et - étant pourvu d'un carénage (8) de réduction de perte locale de susten- tation aérodynamique, qui: est disposé au contact de l'intrados (4) de ladite voilure (1) et s'étend en hauteur sur une partie dudit mât (3), et s'étend vers l'arrière de la voilure (1) et se prolonge au-delà du bord de fuite (1F) de celle-ci, par une partie arrière saillante (12) ayant une surface supérieure (13) en prolongement aérodynamique de l'extra- dos (14) de ladite voilure (1), caractérisé: - en ce que ladite section de largeur maximale (7) dudit mât (3) est dis- posée à l'avant de ladite partie arrière (4R), concave et en retrait, de I'intrados (4) de la voilure (1); et - en ce que ledit carénage de réduction de perte locale de sustentation aérodynamique (8): est logé, au moins pour la plus grande part de sa hauteur, dans la concavité de ladite partie arrière (4R) de l'intrados (4) de la voilure (1), s'étend vers l'arrière de la voilure (1) en s'évasant latéralement, à la manière d'un éventail, depuis ledit mât de suspension (3), o il pré- sente une largeur au moins approximativement égale à ladite largeur maximale (M) de celui-ci jusqu'au bord de fuite (1F) de la voilure (1), o il présente une largeur (La) au moins égale à deux fois ladite lar- geur maximale (M), et comporte une face inférieure (15) qui se rapproche de ladite surface supérieure (13) en prolongement aérodynamique de l'extrados (14) de la voilure (1) pour donner, à ladite partie arrière saillante (12) dudit carénage (8), la forme d'une lame s'amincissant vers l'arrière et ter- minée par un bord de fuite aérodynamique (16), qui est en saillie par rapport au bord de fuite (1F) de la voilure et qui s'étend le long de celui-ci sur une longueur correspondant à ladite largeur (La) dudit ca- rénage (8) au niveau dudit bord de fuite (1F) de la voilure. 2. Mât de suspension selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord de fuite (16) de la partie arrière saillante (12) comporte une partie intermédiaire (16I) et deux parties latérales (16L1, 16L2), ladite partie intermédiaire se trouvant en prolongement aérodyna- mique de ladite section de largeur maximale (7) dudit mât (3) et étant plus en saillie, par rapport au bord de fuite (1F) de la voilure, que lesdites par- ties latérales (16L1, 16L2). 3. Mât de suspension selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à leur extrémité opposée à ladite partie intermé- diaire (16I), lesdites parties latérales (16L1, 16L2) du bord de fuite (16) de la partie arrière saillante (12) rejoignent progressivement le bord de fuite (1 F) de la voilure 4. Mât de suspension selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite partie intermédiaire (16I) du bord de fuite (16) de la partie arrière saillante (12) est arrondie et convexe. 5. Mât de suspension selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites parties latérales du bord de fuite (16) de la partie arrière saillante (12) comportent une portion concave (17, 18) au raccord de ladite partie intermédiaire (16I). 6. Mât de suspension selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que: - ladite face inférieure (15) dudit carénage (8) comporte une nervure in- termédiaire (19) et deux flancs latéraux (20, 21); - ladite nervure intermédiaire (19) se trouve en prolongement aérodyna- mique de ladite section de largeur maximale (7) dudit mât (3), se ter- mine à l'arrière par ladite partie intermédiaire de bord de fuite (16I) et est plus en relief, par rapport à ladite partie arrière (4R) de l'intrados (4) de la voilure, que lesdits flancs latéraux (20, 21); et - lesdits flancs latéraux (20, 21) relient progressivement ladite nervure intermédiaire (19) à ladite partie arrière (4R) dudit intrados (4) de la voilure en formant latéralement ledit éventail et se terminent à l'arrière par lesdites parties latérales de bord de fuite (16L1, 16L2) de ladite par- tie arrière saillante (12). 7. Mât de suspension selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit carénage (8) est symétrique par rapport à l'axe longitudinal (L-L) du pied (3S) dudit mât (3). 8. Mât de suspension selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit carénage (8) est dissymétrique par rapport à l'axe longitudinal (L-L) du pied (3S) dudit mât (3).