Brevet FR2806698A1 — publié le 20010928

La présente invention concerne une structure ailaire, ainsi que des engins mobiles comportant une telle structure ailaire. Plus precisément, ladite structure ailaire est du type comportant au moins une aile supérieure et une aile inférieure reliées entre elles, par l'in termédiaire moins une attache dîstale et une attache proximale com prenant un corps allongé, de manière à former un polygone fermé. Bien non exclusivement, une telle structure ailaire est appli quée plus particulièrement à un aéronef. On connaît déjà des aéronefs pourvus de telles structures ailaires à ailes multiples (documents FR-2 523 072 et FR-2 169 par exemple). On sait lune telle structure ailaire doit présenter des caractéris tiques ou proprietés qui sont difficiles à obtenir simultanément et qui sont parfois même incompatibles, à savoir en particulier a) une grande stabilité et une grande maniabilité ; b) une résistance à la mise en vrille volontaire et la capacité de sortir de manière simple et efficace, le cas échéant, d'une mise en vrille ; c) une grande finesse pour une grande variation de charges ailaires d) une plage centrage très supérieure à celle usuellement reconnue pour la corde du profil (de la structure) utilisé ; et e) une capacite d'autostabilité naturelle, même si le profil adopté est ré puté instable. La présente invention concerne une structure ailaire perfectionnée permettant notamment d'optimiser les propriétés a) à e) précitées. A cet effet, selon l'invention, ladite structure ailaire du type com portant au moins une aile supérieure et une aile inférieure reliées entre elles, par l'intermédiaire d'au moins une attache distale et une attache proximale comprenant un corps allongé, de manière à former un polygone fermé, est remarquable en ce que l'attache distale comporte au moins une jonction susceptible de réaliser un fléchissement, et en ce que les paramè tres suivants de ladite structure ailaire : - la corde moyenne C de l'aile supérieure ; - la corde réelle Ca de l'aile supérieure au niveau de l'attache distale - le décalage H au niveau de l'attache proximale entre les ailes supérieure et inférieure selon un axe FZ, ledit axe Ô7Z faisant partie d'un systeme d'axes de référence OXYZ qui comprend : un axe OX qui est parallèle à l'axe longitudinal dudit corps allongé un axe OY qui est orthogonal à l'axe OX et qui définit avec ce nier un plan tel que lesdites ailes supérieure et inférieure soient tuées de part et d'autre dudit plan ; et un axe FZ qui est orthogonal auxdits axes FX et OY - le décalage au niveau de l'attache proximale entre les ailes supérieure et inférieure selon l'axe OX ; - le décalage au niveau de l'attache distale entre les ailes supérieure et inférieure selon un axe OaZa parallèle à l'axe OZ ; et - le décalage au niveau de l'attache distale entre les ailes supérieure et inférieure selon un axe OaXa parallèle à l'axe OX, vérifient simultanément les relations suivantes : l'expression IxI représentant la valeur absolue d'un paramètre x. Ainsi grâce à l'invention, il s'avère que ladite structure ailaire permet d'optimiser les propriétés a) à e) précitées. En outre, de façon avantageuse, la structure ailaire conforme à l'invention peut comporter, de plus : - au moins aileron fixé à l'extrémité distale d'au moins l'une desdites ailes ; et/ou - des moyens d'amortissement de déformations de la structure, par exemple moyens de haubanage. Dans mode de réalisation préféré, les angles de flèches Pl P2, respectivement desdites ailes supérieure et inférieure, vérifient les lations suivantes : En outre, dans un mode de réalisation particulier, la structure ailaire conforme à l'invention comporte de plus au moins une ailette mar ginale (connue sous la dénomination "vvinglet" en langue anglaise). Dans ce cas, lesdits paramètres C et Ca ne sont pas définis par rapport à l'aile supérieure principale, mais par rapport à l'aile supérieure de ladite ailette marginale. Par ailleurs, selon l'invention, la structure ailaire peut également comporter les caractéristiques suivantes, décrites respectivement dans les documents FR 523 072 et FR-2 579 169 : - chacune desdites ailes est réalisée de sorte que les valeurs du moment d'inertie et de la portance qui varient toutes deux en fonction de la dis tance longitudinale, prennent chacune une valeur maximale en un endroit de l'aile autre qu'à l'emplanture ; - les valeurs du moment d'inertie et de la portance prennent chacune une valeur maximale dans la zone centrale de l'aile considérée dans le sens longitudinal, la fixation des ailes entre elles et au corps allongé est réali- sée de manière articulée en rotation dans un plan au moins sensible ment transversal à la direction de l'écoulement aérodynamique, et au moins un axe d'articulation est situé à l'intérieur de la zone définie les plans d'inertie principaux, parallèles à l'aile, des ailes supérieure inférieure. présente invention concerne également un engin mobile, en par ticulier engin volant, qui comporte au moins un corps (par exemple le fuselage) allongé. Selon l'invention, ledit engin mobile est remarquable en ce comporte au moins une structure ailaire telle que celle précitée, qui agencée sur ledit corps allongé dudit engin mobile. De façon avantageuse, ladite structure ailaire est formée de ma nière à engendrer, en moins en partie : - la sustentation dudit engin mobile et/ou - la stabilisation dudit engin mobile et/ou - la propulsion dudit engin mobile, et ceci quel que soit le fluide (eau, air) dans lequel baigne ladite structure ailaire. De préférence, ledit engin mobile comporte au moins deux structu- res ailaires qui sont agencées selon une configuration particulière, exemple en série, en parallèle ou en série parallèle. La présente invention concerne également un aéronef tel que celui divulgué par le document FR-2 523 072 précité. Selon l'invention, ledit aéronef qui est pourvu, de part et d'autre de son fuselage, d'au moins une structure de sustentation constituée moins deux ailes dont les extrémités distales sont reliées, chaque struc ture de sustentation formant en vue de face avec les côtés dudit fuselage un polygone fermé, et comportant une aile supérieure et une aile infé rieure, chacune desdites ailes étant réalisée de sorte que les valeurs du moment d'inertie et de la portance qui varient toutes deux en fonction de la distance longitudinale, prennent chacune une valeur maximale en un endroit de l'aile autre qu'à l'emplanture, est remarquable en ce que ladite structure de sustentation est une structure ailaire telle que celle précitée. Par ailleurs, la présente invention concerne de plus aéronef tel que celui divulgué par le document FR-2 579 169 précité. Selon l'invention, ledit aéronef, du type comportant, de part et d'autre de son fuselage, au moins une structure de sustentation consti tuée d'au moins deux ailes dont les extrémités distales sont reliées, cha que structure de sustentation formant en vue de face avec côtés du fuselage un polygone fermé, et comportant une aile supérieure une aile inférieure, valeurs du moment d'inertie et de la portance prenant cha cune une valeur maximale dans la zone centrale de l'aile considérée dans le sens longitudinal, la fixation des ailes entre elles et au fuselage étant réalisée de manière articulée en rotation dans un plan au moins sensible ment transversal à la direction de l'écoulement aérodynamique, au moins un axe d'articulation étant situé à l'intérieur de la zone définie par les plans d'inertie principaux, parallèles à l'aile, des ailes supérieure et infé rieure, est remarquable en ce que ladite structure de sustentation est une structure ailaire telle que celle précitée. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent éléments semblables. La figure 1 est une vue de face schématique d'un aéronef pourvu de structures ailaires conformes à l'invention. La figure 2 est une vue de dessus de l'aéronef de la figure 1 . Les figures 3 à 5 sont des figures schématiques permettant de dé- finir différents paramètres pris en compte dans la présente invention. Les figures 6 à 8 sont des vues schématiques de face, illustrant différents types de liaison d'une structure allaire conforme à l'invention sur un corps allongé. figures 9 et 10 sont des vues schématiques permettant de dé- finir respectivement des angles de flèche et des angles de dièdre. structure ailaire 1 conforme à l'invention est appliquée, plus particulierement bien que non exclusivement, à un aéronef 2, comme re présente ' titre d'exemple sur les figures 1 et 2. L'aéronef 2 comporte un fuselage 3 de part et d'autre duquel est disposée structure ailaire 1 conforme à l'invention qui sert de struc ture de sustentation. Cet aéronef 2 comporte de plus, à l'avant du fuse lage 3, plan canard 4 remplaçant l'empennage usuel. Ladite structure ailaire 1 est du type comportant au moins une aile supérieure 5 et une aile inférieure 6 reliées entre elles, par l'intermédiaire d'au moins une attache distale 7 représentée schématiquement une attache proximale 8 comprenant un corps allongé (dans l'exemple precité : le fuselage 3), de manière à former un polygone fermé. Les ailes et 6 sont reliées audit fuselage 3 respectivement par l'intermédiaire jonc tions 9 et 10 usuelles. Pour préciser l'invention, on définit un système d'axes réf é- rence OXYZ qui comprend : - un axe qui est parallèle à l'axe longitudinal AL dudit corps allongé (f uselage et qui est situé au niveau de la jonction 10 de l'aile infé rieure 6 ; - un axe OY qui est orthogonal à l'axe OX et qui définit avec ce dernier un plan ("horizontal") tel que lesdites ailes supérieure 5 et inférieure 6 soient situées de part et d'autre dudit plan ; et - un axe OZ ("vertical") qui est orthogonal auxdits axes OX et OY. Le point 0 se trouve à l'aplomb (c'est-à-dire selon l'axe "vertical" Ô7Z) de la face avant de l'aile supérieure 5 au niveau de la jonction 9 - gure 4). On définit de plus des axes OaXa et OaZa qui sont respective ment parallèles auxdits axes OX et OZ et qui passent par un point Oa se trouve à l'aplomb de la face avant de l'aile supérieure 5 au niveau l'attache distale 7 (figure 5). Selon l'invention, ladite structure ailaire 1 est remarquable - en ce que l'attache distale 7 comporte au moins une jonction suscepti- ble de réaliser un fléchissement ou, en d'autres termes, excluant tout encastrement "parfait" vis-à-vis des moments fléchissants principaux, c'est-à-dire induisant des déformations suivant un plan sensiblement - rallèle au plan contenant les cordes moyennes desdites ailes supérieure 5 et inférieure 6 ; et - en ce que les paramètres suivants de ladite structure ailaire 1 : corde moyenne C de l'aile supérieure 5, représentée sur la figure Bien entendu, si la corde de l'aile 5 est constante, la corde moyenne est égale à cette constante. En revanche, si la corde de l'aile 5 variable, ladite corde moyenne C est égale à la largeur moyenne - jetée le long de l'envergure de ladite aile supérieure 5 ; corde réelle Ca de l'aile supérieure 5 au droit de l'attache distale (voir figure 3) ; décalage H au niveau de l'attache proximale 8 entre les ailes supe- rieure 5 et inférieure 6 (c'est-à-dire à l'emplanture du bord d'attaque desdites ailes 5 et 6) selon l'axe Ô7Z, comme représenté sur la figure décalage h au niveau de l'attache proximale 8 entre les ailes supé rieure 5 et inférieure 6 (c'est-à-dire à l'emplanture du bord d'attaque desdites ailes 5 et 6) selon l'axe OX, comme représenté sur la figure 4 ; le decalage Ha au niveau de l'attache distale 7 entre ailes supé rieure 5 et inférieure 6 selon l'axe OaZa (figure 5) ; et le décalage ha au niveau de l'attache distale 7 entre ailes supé- rieure 5 et inférieure 6 selon l'axe OaXa (figure 5), vérifient simultanément les relations suivantes : l'expression jxj représentant la valeur absolue d'un paramètre x. Ainsi, grâce à l'invention, il apparaît des propriétes spécifiques pour la structure ailaire 1 qui sont telles que la totalité de ladite structure ailaire 1 est plus performante que les surfaces aérodynamiques qui la composent. En particulier, cette structure ailaire 1 permet de résoudre des pro blèmes d'incompatibilités de certaines propriétés qui existent sur des structures ailaires usuelles, et présente notamment simultanement a) une grande stabilité et une grande maniabilité ; b) une résistance à la mise en vrille volontaire et la capacité de sortir de manière simple et efficace d'une mise en vrille ; c) une grande finesse pour une grande variation de charges ailaires d) une plage de centrage très supérieure à celle usuellement reconnue pour la corde du profil (de la structure) utilisé ; et e) une capacité d'autostabilité naturelle, même si le profil adopté est ré puté instable. On notera que les propriétés a) à e) précitées sont optimisées, da vantage encore, lorsque les cordes des ailes 5 et 6 sont telles que le nom bre de Reynolds est vérifié. De plus, grâce à l'invention, on définit des paramètres géométri ques (H, h, Ha et ha) qui sont simp, es et qui sont, de plus, uniquement et simplement déterminés en fractions ou en multiples des cordes C et Ca de l'aile supérieure 5. On définit de plus des paramètres géométriques P et Pa qui véri fient, respectivement, les relations suivantes : c'est-à-dire, d'après ce qui précède, selon l'invention : Grâce à l'invention, les paramètres géométriques P et Pa dépen dent donc uniquement des cordes C et Ca. On a représenté sur les figures 4 et 5 des zones hachurées, dont les surfaces respectives sont proportionnelles auxdits paramètres et Pa. Selon l'invention, la structure ailaire 1 peut être reliée corps allongé précité (par exemple le fuselage 3 d'un aéronef 2), en particulier - directement, au moyen des jonctions 9 et 10 (figures 1, 2 et 6) - ou - par l'intermédiaire d'un aileron central 11 qui est par exemple situé dans un plan de symétrie PS du corps allongé 3, parallèle au plan OXZ, et qui est lié à l'aile supérieure 5 par une jonction 1 2, ainsi 'audit corps allongé 3, comme illustré sur la figure 7 ; ou - par l'intermédiaire de deux ailerons centraux 13 et 14 qui sont symétri ques par rapport au plan de symétrie PS et qui sont liés à l'aile supé rieure 5 par des jonctions 15 et 16, comme illustré sur la figure 8. Sur figure 9, on a représenté des angles de flèche Pl et P2 qui correspondent respectivement aux angles que forment les axes longitudi naux d'inertie 18 et 19 des demi-plans des ailes supérieure 5 et inférieure 6, respectivement avec des axes 20 et 21 qui sont orthogonaux à l'axe Ox. Ces angles de flèche Pl et P2 sont liés au mode de travail de structure 1, d'une part, et à des impératifs aérodynamiques, d'autre part. Toutefois, dans le domaine des vitesses subsoniques, en particu lier pour avions légers, la géométrie la plus performante, conjointe ment au respect des paramètres P et Pa, tel qu'indiqué ci-dessus, est de choisir valeur Pl sensiblement égale à 01 et une valeur P2 inférieure ou égale à 17 1. Quant aux paramètres de dièdre al et a2 qui correspondent res pectivement aux angles entre les demi-plans des ailes supérieure 5 et infe- rieure 6 respectivement avec des plans 22 et 23 qui sont parallèles plan OXY precité, comme représenté sur la figure 10, ils n'affectent les performances aérodynamiques de la structure 1, seule la stabilité roulis étant affectée. Aussi les valeurs de ces paramètres de dièdre al et (x2 sont choi sis librement dans le cadre de la présente invention. En outre, selon l'invention, la structure ailaire 1 peut comporter des moyens supplémentaires non représentés tels que, par exemple : - des ailerons usuels, fixés à l'extrémité distale d'au moins l'une desdites ailes, quelles que soient la forme et la géométrie de ces ailerons ; et/ou - des moyens d'amortissement usuels des déformations, par exemple des moyens de haubanage. En raison des caractéristiques précitées, on peut concevoir une très grande diversité de structures ailaires 1 conformes à l'invention, qui, surtout, peuvent être adaptées à une pluralité de formes, de modèles et/ou types d'engins mobiles, en particulier d'aéronefs. A cet sujet, on notera que l'application montrée sur les figures 1 et rapporte plus particulièrement à un aéronef 2 sans moyens de propul sion autonomes, tel qu'un planeur, et du type à plan dit canard (c'est-à dire sans empennage mais comportant des volets ou ailes additionnels 4 l'avant). Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à ce genre d'aeronef 2, mais est susceptible de s'appliquer à tout aéronef, pourvu non de moyen de propulsion, avec ou sans empennage. A titre d'illustration, 'la structure ailaire 1 peut être appliquée à aeronef tel que celui divulgué par le document FR-2 579 169. Cet aéronef connu et non représenté comporte, de part et d'autre de son fuselage, moins une structure de sustentation constituée d'au moins deux ailes dont extrémités distales sont reliées, soit entre elles, soit à au moins elément de voilure prévu entre elles, chaque structure de sustentation formant, en vue de face, avec les côtés du fuselage un polygone fermé, comportant une aile supérieure et une aile inférieure, les zones d'attache ailes supérieure et inférieure étant éventuellement décalées suivant direction de l'écoulement aérodynamique, les valeurs du moment d'inertie la portance prenant chacune une valeur maximale dans la zone cen trale de l'aile considérée dans le sens longitudinal, la fixation des ailes en- elles, au fuselage et, éventuellement, audit élément de voilure étant realisée de manière articulée en rotation dans un plan au moins sensible ment transversal à la direction de l'écoulement aérodynamique. De plus, au moins un axe d'articulation est situé à l'intérieur de la zone définie par plans d'inertie principaux, parallèles à l'aile, des ailes supérieure et in- f erieure. Dans cette application, ladite structure de sustentation présente les caractéristiques précitées de la structure ailaire 1 conforme à l'inven tion. Il en est de même lorsque cette dernière est appliquée à un aéro- tel que celui divulgué par le document FR-2 523 072. rappellera cet aéronef connu et non représenté est pourvu, de part d'autre de fuselage, d'au moins une structure de sustentation constituée d'au moins deux ailes dont les extrémités distales sont reliées, soit entre elles, soit à au moins un élément de voilure, chaque structure de sustentation formant en vue de face avec les côtés dudit fuselage un polygone fermé, et comportant une aile supérieure et une aile inférieure, la zone d'attache de cette dernière sur le fuselage étant éventuellement décalée suivant la direction de l'écoulement aérodynamique par rapport à la zone d'attache de l'aile supérieure. De plus, chacune des ailes est réalisée de manière que valeurs du moment d'inertie et de la portance variant toutes deux en fonction de la distance longitudinale, prennent chacune une valeur maxi male en un endroit de l'aile autre qu'à Vemplanture. Dans le cadre de la présente invention, une telle application à un engin mobile comporte au moins une structure ailaire 1, mais elle peut bien entendu comporter tout groupement (par exemple en série, en paral- leie ou en série parallèle) d'une pluralité de telles structures ailaires 1 . De plus, cette ou ces structures ailaires 1 peuvent mettre en Ceu- vre sur l'engin mobile : - une fonction de sustentation, bien entendu ; et/ou - une fonction de stabilisation ; et/ou - une fonction de propulsion. REVENDICATIONS 1. Structure ailaire comportant au moins une aile supérieure (5) et une aile inférieure (6) reliées entre elles, par l'intermédiaire d'au moins une attache distale (7) et une attache proximale (8) comprenant un corps allongé (3), de manière à former un polygone fermé, caracterisée en ce que l'attache distale (7) comporte au moins une jonc tion susceptible de réaliser un fléchissement, et en ce que les paramètres suivants de ladite structure ailaire (1) : - la corde moyenne C de l'aile supérieure (5) - la corde réelle Ca de l'aile supérieure (5) au niveau de l'attache distale (7) ; - le decalage H au niveau de l'attache proximale (8) entre les ailes supé rieure (5) et inférieure (6) selon un axe Ôî, ledit axe Ô7Z faisant partie système d'axes de référence OXYZ qui comprend : axe OXqui est parallèle à l'axe longitudinal (AL) dudit corps allongé (3) ; axe OY qui est orthogonal à l'axe OX et qui définit avec ce der nier un plan tel que lesdites ailes supérieure (5) et inférieure (6) soient situées de part et d'autre dudit plan ; et un axe FZ qui est orthogonal auxdits axes FX et OY - le décalage h au niveau de l'attache proximale (8) entre les ailes supé rieure (5) et inférieure (6) selon l'axe OX ; - le décalage Ha au niveau de l'attache distale (7) entre les ailes supé rieure (5) et inférieure (6) selon un axe OaZa parallèle à l'axe OZ ; et - le décalage ha au niveau de l'attache distale (7) entre les ailes supé rieure (5) et inférieure (6) selon un axe OaXa parallèle à l'axe OX, vérifient simultanément les relations suivantes : l'expression jxj représentant la valeur absolue d'un paramètre x. 2. Structure ailaire selon la revendication 1, caractérisée en ce elle comporte, de plus, au moins un aileron fixé à l'extrémité distale moins l'une desdites ailes. 3. Structure ailaire selon la revendication 1, caractérisée en ce elle comporte, de plus, des moyens d'amortissement de déformations ladite structure ailaire. 4. Structure aillaire selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce les angles de flèche Pl et P2, respectivement des ailes supérieure (5) inférieure (6), vérifient les relations suivantes : 5. Structure ailaire selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce elle comporte de plus au moins une ailette marginale et en ce que lesdits paramètres C et Ca sont définis par rapport à l'aile supérieure de ladite ailette marginale. 6. Structure ailaire selon la revendication 1, caractérisée en ce chacune desdites ailes est réalisée de sorte que les valeurs du moment d'inertie et de la portance qui varient toutes deux en fonction de la distance longitudinale, prennent chacune une valeur maxi male en un endroit l'aile autre qu'à l'emplanture. 7. Structure ailaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les valeurs du moment d'inertie et de la portance prennent chacune une valeur maximale dans la zone centrale de l'aile considérée dans le sens longitudinal, en ce que la fixation ailes entre elles et au corps allongé est réalisée de manière articulée rotation dans un plan au moins sensiblement transversal à la direction l'écoulement aérodynamique, et en ce qu'au moins un axe d'articulation situé à l'in térieur de la zone définie par les plans d'inertie principaux, parallèles à l'aile, des ailes supérieure et inférieure. 8. Engin mobile comportant un corps allongé, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une structure ailaire (1) telle que celle spécifiée sous l'une quelconque des revendications à 7 qui est agencée sur ledit corps allongé (3) dudit engin mobile (2). 9. Engin mobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite structure ailaire (1) est formée de manière à engendrer, au moins en partie, la sustentation dudit engin mobile (2). 10. Engin mobile selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite structure ailaire (1) est formée de manière à engendrer, au moins en partie, la stabilisation dudit engin mobile (2). 11. Engin mobile selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ladite structure ailaire est formée de manière à en gendrer, au moins en partie, la propulsion dudit engin mobile. 12. Engin mobile selon l'une quelconque des revendications 8 à il, caractérisé en qu'il comporte au moins deux structures ailaires (1) qui sont agencées selon une configuration particulière. 13. Aéronef pourvu, de part et d'autre de son fuselage, d'au moins une structure de sustentation constituée d'au moins deux ailes dont les extrémités distales sont reliées, chaque structure de sustentation for mant en vue face avec les côtés dudit fuselage un polygone fermé, et comportant aile supérieure et une aile inférieure, chacune desdites ailes étant réalisée de sorte que les valeurs du moment d'inertie et de la portance qui varient toutes deux en fonction de la distance longitudinale, prennent chacune une valeur maximale en un endroit de l'aile autre qu'à l'emplanture, caractérisé en ce que ladite structure de sustentation est une structure ailaire telle que celle spécifiée sous l'une quelconque des revendications 1 à 5. 14. Aéronef comportant, de part et d'autre de son fuselage, au moins une structure de sustentation constituée d'au moins deux ailes dont les extrémités distales sont reliées, chaque structure de sustentation for mant en de face avec les côtés du fuselage un polygone fermé, et comportant aile supérieure et une aile inférieure, les valeurs Mo- ment d'inertie de la portance prenant chacune une valeur maximale dans la zone centrale de l'aile considérée dans le sens longitudinal, f ixa- tion des ailes entre elles et au fuselage étant réalisée de manière articulée en rotation dans un plan au moins sensiblement transversal à la direction de l'écoulement aérodynamique, au moins un axe d'articulation étant situé à l'intérieur de zone définie par les plans d'inertie principaux, parallèles à l'aile, des ailes supérieure et inférieure, caractérisé en ce que ladite structure de sustentation est une structure ailaire telle que celle spécifiée sous l'une quelconque des revendications 1 à 5.