Brevet FR2852577A1 — publié le 20040924

DISPOSITIF DE CONTROLE D'ECOULEMENT D'AIR AUTOUR D'UN PROFILE AERODYNAMIQUE POUR AERONEF, DU TYPE AILE D'AVION La présente invention concerne le domaine de 5 corps profilés en mouvement dans l'air, telles que les ailes d'avions, les pales d'hélicoptères, des hélices, etc. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de contrôle de l'écoulement d'air autour de la paroi d'un profilé aérodynamique, du 10 type aile d'aéronef, soumis au phénomène de tremblement, désigné couramment par le terme anglo-saxon de " buffeting ". En effet, il est fréquent que des surfaces portantes ou propulsives d'aéronef soient le siège de 15 tremblement lié à la circulation aérodynamique environnante. Plus particulièrement, le tremblement se produit lorsque la vitesse de l'aéronef atteint une limite du haut transsonique. Il résulte alors un décollement instationnaire prenant naissance sur les surfaces 20 portantes, produisant, par effet de couplage avec cellesci, des vibrations de la structure même du fuselage de l'aéronef. Ce régime est observé notamment pour les aéronefs militaires, lors notamment des phases de piqué, ou 25 pour les avions civils lors de certains régimes de vol. Il est en outre particulièrement accentué en régime transsonique, étant amplifié par les oscillations des ondes de choc. Si le phénomène de tremblement ne présente pas 30 de danger pour la structure même de l'aéronef, il présente cependant l'inconvénient d'être ressentie de manière particulièrement désagréable par l'équipage de l'aéronef et les éventuels passagers. En outre, le phénomène de tremblement limite le 35 domaine de vol des avions civils et pénalise les performances de vol des avions de combat en limitant leur manoeuvrabilité et les possibilités de tir. On connaît de l'art antérieur de nombreuses 5 méthodes pour combattre le tremblement, lesquelles tendent à éviter le décollement stationnaire en améliorant les profils des surfaces portantes (méthodes passives) ou en contrôlant l'écoulement par des générateurs de tourbillons (méthodes actives). Parmi les méthodes passives, on connaît la demande de brevet internationale W09856654 portant sur un aéronef comprenant des ailes principales et des extrémités d'ailes carrossées à bord d'attaque arrondi. Chaque aile principale comprend une extrémité extérieure et un bord 15 d'attaque présentant un bec de rebord d'attaque d'extrémité extérieure et un rayon de bec. Une extrémité d'aile carrossée, arrondie, est placée sur chaque extrémité extérieure d'aile principale et comprend un bord d'attaque formant un angle en flèche par rapport au bord d'attaque de 20 l'aile principale. Chaque extrémité d'aile carrossée arrondie comprend, en outre, une pluralité de profils aérodynamiques locaux supérieurs d'environ 2% à la corde de la majeure partie des profils d'aile. Ainsi, la forme relativement arrondie des extrémités d'aile carrossées 25 d'aile permet de réduire, entre autres, le tremblement prématuré de l'aéronef pendant un vol à vitesse peu élevée. Cependant un tel dispositif ne permet de procurer qu'un recul de l'instant d'apparition du tremblement. Il n'en limite en aucune manière les effets. Parmi les méthodes actives, on connaît de la demande de brevet européen EP0101384 une installation de réduction de tremblement d'un élément de voilure d'aéronef comprenant des moyens de mesure locale fournissant un signal représentatif de la valeur instantanée d'un 35 paramètre lié (généralement une contrainte dynamique) au tremblement dans l'élément et des moyens de filtrage et de traitement dudit signal pour fournir un signal de commande d'une gouverne active placée sur ledit élément de voilure dans un sens tel qu'il amortisse les vibrations liées au tremblement. On connaît également de l'art antérieur un dispositif de contrôle du phénomène de tremblement subi par un aéronef développé par l'ONERA (Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales). Le dispositif concerne de 10 petits volets, lesquels sont installés au bord de fuite des ailes d'aéronef, côté intrados, d'une longueur de l'ordre de 3% de la corde (droite joignant le bord d'attaque au bord de fuite) des ailes. Cependant de tels dispositifs présentent un 15 certain nombre d'inconvénients. Ils constituent en effet un encombrement et un poids supplémentaire aux éléments de voilure des aéronefs. D'autre part, et notamment en ce qui concerne le dispositif développé par l'ONERA, il apparaît nécessaire d'imposer une distribution du dispositif en 20 envergure (distance séparant les deux extrémités de l'aile), disposition somme toute difficile à réaliser simplement au moyen de volets. En outre, de tels dispositifs sont relativement peu adaptés sur des éléments de voilure de petites 25 envergures ou de faible allongement. La présente invention entend donc remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de contrôle d'écoulement d'air autour d'un profilé 30 aérodynamique, du type aile d'aéronef, par pilotage du décollement dudit écoulement généré par la divergence brusque de la paroi intrados dudit profilé. La présente invention entend également pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un 35 dispositif de contrôle n'entraînant pas un surpoids dudit profilé et pouvant s'adapter à toute taille d'envergure de profilés. Pour ce faire, la présente invention est du 5 type décrit ci-dessus, et elle est remarquable, dans son acception la plus large, en ce que la paroi du profilé aérodynamique présente un bord de fuite divergent de manière à générer les conditions d'un décollement de l'écoulement proche d'une valeur limite d'existence et en 10 ce qu'il comporte des moyens de pilotage dudit écoulement, lesdits moyens de pilotage permettant de contrôler le passage local de l'écoulement d'un état décollé à un état recollé, et inversement. Selon une première configuration de 15 l'invention, le pilotage du décollement de l'écoulement est périodique et, préférentiellement, présente une fréquence comprise entre 10 Hz et 10 KHz. Selon une autre configuration de l'invention, le pilotage du décollement de l'écoulement est non 20 stationnaire, et de préférence est piloté par une commande extérieure Avantageusement, le pilotage du décollement de l'écoulement est réalisé au niveau du bord de fuite, le bord de fuite présentant un angle compris entre 100 et 30 25 avec la paroi du profilé, de manière à permettre le pilotage du décollement de l'écoulement. Avantageusement, le bord de fuite présente une longueur inférieure ou égale à 5% de la valeur locale de la corde dudit profilé. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de pilotage du décollement de l'écoulement sont constitués au moins d'un jet synthétique, lequel est généré par l'intermédiaire d'une fente située dans la paroi du profilé et par un actionneur piézo- électrique disposé dans une cavité située à l'intérieur de la paroi du profilé. Selon un second mode de réalisation de l'invention, les moyens de pilotage du décollement dudit 5 écoulement sont constitués au moins d'un jet synthétique généré par une fente située dans la paroi du profilé et par un générateur de pression alimentant dans une cavité située à l'intérieur de la paroi du profilé. Une variante avantageuse consiste également à 10 créer un jet sortant de la paroi à partir d'une source de pression extérieure et pilote par des vannes rapides. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, les moyens de pilotage du décollement dudit écoulement sont constitués au moins d'un actionneur piézo15 électrique disposé sur la paroi du profilé. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de pilotage du décollement dudit écoulement sont constitués au moins de deux électrodes disposées sur la paroi du profilé afin de créer une 20 décharge électrique de type effet couronne, et ainsi exempter les contraintes thermomécaniques liées à la nature de l'écoulement. Selon un dernier mode réalisation de l'invention, les moyens de pilotage du décollement dudit 25 écoulement sont constitués au moins d'un générateur de pression disposé sur la paroi du profilé. Dans le cas des trois derniers modes de réalisation de l'invention, les moyens de pilotage sont disposés soit sur toute ou une partie de l'envergure de la 30 surface intrados de la paroi du profilé, soit sur toute ou une partie de l'envergure de la surface extrados de la paroi du profilé, soit sur toute ou une partie de l'envergure de la surface intrados et intrados de la paroi du profilé. Le dispositif selon l'invention associe donc la divergence du bord de fuite pour créer un état proche des conditions d'existence d'un décollement autour du profilé et des moyens de pilotage du décollement de l'écoulement. La présente invention se rapporte également à une surface portante ou propulsive d'aéronef comportant un dispositif de contrôle d'écoulement d'air décrit précédemment. La présente invention se rapporte également à un aéronef comprenant deux surfaces portantes ou propulsives, dont au moins une desdites surfaces est munie d'un dispositif de contrôle d'écoulement d'air tel que décrit précédemment. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, de différents modes de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: - la figure 1 illustre une vue partielle en coupe d'une aile d'avion munie d'un dispositif selon l'invention, ledit dispositif comprenant des moyens de pilotage du décollement de l'écoulement non activés; - la figure 2 illustre une vue en coupe de ladite aile d'avion de la figure 1, dont les moyens de pilotage du décollement du jet primaire sont activés; - la figure 3 illustre une vue en perspective de dessous d'une aile d'avion munie du dispositif selon l'invention, ledit dispositif comprenant 30 une pluralité de moyens de pilotage. L'invention concerne un dispositif de contrôle d'écoulement d'air autour d'un profilé aérodynamique, tel qu'une aile d'avion (1). Nous entendons par aile d'avion l'ensemble des éléments constituant la voilure (dispositifs hypersustentateurs, gouvernes, volets, ...). La figure 1 illustre une vue partielle en coupe d'une aile d'avion (1) soumis à un écoulement d'air (8). Ladite aile d'avion (1) est constituée d'une paroi (2) présentant une surface dite intrados (2a) et une surface dite extrados (2b), ainsi que d'un bord d'attaque (non représenté) et d'un bord de fuite (3) respectivement 10 en amont et en aval dudit écoulement (8). Ledit bord de fuite (3) présente un angle avec la surface intrados (2a) compris entre 100 et 30 de manière à générer un décollement dudit écoulement (8). Des moyens de pilotage (4), lesquels sont 15 destinés à contrôler le passage dudit écoulement (8) d'un état décollé à un état recollé, et inversement, sont disposés sur la surface intrados (2a) de la paroi (2) de ladite aile d'avion (1). Dans cet exemple de réalisation, lesdits moyens 20 de pilotage sont situés de façon à présenter une partie en amont dudit bord de fuite (3) et une autre partie sur ledit bord de fuite (3). Il est bien entendu évident pour l'homme du métier que lesdits moyens de pilotage (4) pourront également, en fonction du type de moyens de pilotage (4) 25 utilisés, être disposés soit uniquement en amont dudit bord de fuite (3), soit uniquement sur le bord de fuite (3). A ce titre, nous allons donner, ci-après, des exemples de moyens de pilotage (4) utilisés. Selon une première variante, les moyens de 30 pilotage (4) du décollement dudit écoulement (8) sont constitués au moins d'un actionneur piézoélectrique, disposé sur la surface intrados (2a) de la paroi (2) de ladite aile d'avion (1). Selon une seconde variante de l'invention, les 35 moyens de pilotage (4) du décollement dudit écoulement (8) sont constitués au moins d'un générateur de pression disposé sur la surface intrados (2a) de ladite aile d'avion (1). Selon une troisième variante de l'invention, 5 les moyens de pilotage (4) du décollement dudit écoulement (8) sont constitués au moins de deux électrodes (5) disposées sur la surface intrados (2a) de la paroi (2) de ladite aile d'avion (1), afin de créer une décharge électrique de type effet couronne. Selon une première configuration, les moyens de pilotage (4) du décollement dudit écoulement (8) sont constitués d'électrodes pouvant être disposées au voisinage dudit bord de fuite (3) de telle sorte que l'électrode positive soit placée en amont dudit bord de fuite (3) et 15 l'électrode négative sur ledit bord de fuite (3), espacées l'une de l'autre de 1 à 30 cm. Les électrodes, ainsi disposées, permettent de contrôler le passage dudit écoulement (8) d'un état décollé à un état recollé. Inversement, les électrodes peuvent être 20 disposées au voisinage dudit bord de fuite (3) de telle sorte que l'électrode négative soit placée en amont dudit bord de fuite (3) et l'électrode positive sur ledit bord de fuite (3), espacées l'une de l'autre de 1 à 30 cm. Les électrodes, ainsi disposées, permettent de contrôler le 25 passage dudit écoulement (8) d'un état collé à un état décollé. L'emplacement respectif de l'électrode positive et de l'électrode négative immédiatement en amont dudit bord de fuite (3) est donné ici à titre d'exemple, étant 30 entendu que tout autre emplacement peut être envisagé, et en particulier immédiatement sur ledit bord de fuite (3). Ainsi, on réalise une excitation de l'écoulement au niveau dudit bord de fuite (3), en amont ou sur ledit bord de fuite (3), en succédant les moments o 35 l'écoulement est décollé et ceux o l'écoulement est recollé. Selon une première configuration de l'invention, le pilotage pourra être périodique, d'une fréquence comprise entre 10 Hz et 10 KHz. Selon une autre configuration de l'invention, le pilotage sera non 5 stationnaire et pourra être piloté par une commande externe. Selon une dernière variante de réalisation de l'invention, les moyens de pilotage (4) du décollement de l'écoulement (8) peuvent être constitués au moins d'un jet 10 synthétique. Ledit jet synthétique sera alors généré par l'intermédiaire d'une fente située dans la paroi (2) de ladite aile d'avion (1) ainsi que par un actionneur piézoélectrique ou un générateur de pression, lequel sera, soit disposé dans une cavité située à l'intérieur de la paroi 15 (2) de ladite aile d'avion (1), soit déporté et associé à des vannes caractérisées par une ouverture et une fermeture rapides. L'exemple illustré par les figures 1 et 2 concerne le passage dudit écoulement (8) d'un état décollé 20 à un état recollé, le décollement dudit écoulement (8) étant généré naturellement par la divergence de la paroi (2) de ladite aile d'avion (1), et le recollement effectué avec lesdits moyens de pilotage (4). Ainsi, la figure 1 illustre des moyens de pilotage (4) inactivés, et la figure 25 2 des moyens de pilotage (4) activés. Si l'on se place dans le cas o l'écoulement (8) passe d'un état collé à un état décollé, inversement au cas précédent, lesdits moyens de pilotage (4) sont activés pour décoller artificiellement ledit écoulement (8) proche 30 du décollement (figure 1), et inactivés pour permettre le recollement dudit écoulement (8) sur la paroi (2) de ladite aile d'avion (1) (figure 2). Bien que les figures 1 et 2 illustrent la disposition des moyens de pilotage (4) sur la surface 35 intrados (2a) de la paroi (2) de ladite aile d'avion, il est entendu que lesdits moyens de pilotage (4) peuvent être également disposés sur la surface extrados (2b) de la paroi (2) de ladite aile d'avion (1). De même, lesdits moyens de pilotage (4) peuvent 5 être disposés sur tout ou en partie de l'envergure des surfaces intrados (2a) et/ou extrados de la paroi (2) de ladite aile d'avion (1). La figure 3 illustre une vue en perspective de dessous d'une aile d'avion (1) munie du dispositif selon 10 l'invention. Dans cet exemple de réalisation, ladite aile d'avion (1) est munie de six moyens de pilotage (4) répartis sur l'envergure de la surface intrados (2a) de la paroi (2), directement en amont dudit bord de fuite (3). La corde (C) de l'aile d'avion (1) décroissant au fur et à mesure de son rapprochement avec l'extrémité de l'aile d'avion (1), les dimensions, voire le type de moyens de pilotage employés, seront adaptés en fonction de leur emplacement sur l'envergure de ladite aile d'avion (1). En outre, la distribution desdits moyens de pilotage (4) sera fonction de l'envergure de ladite aile d'avion (1). D'autre part, il est bien entendu évident pour l'homme du métier de pouvoir disposer sur l'aile d'avion 25 des moyens de pilotage (4) différents les uns des autres. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans 30 pour autant sortir du cadre du brevet. En particulier, l'homme du métier ne sortira pas du champ de la présente invention en utilisant le dispositif précédemment décrit pour contrôler les dispositifs hypersustentateurs constituant les ailes d'aéronefs. En effet, les dispositifs 35 hypersustentateurs présentent de sévères régions décollées il sur les parties en aval de l'aile. L'excitation du sillage de l'aile amont, produite en réalisant un décollement provoqué sur l'intrados au moyen du dispositif de la présente invention, permet d'apporter l'énergie sur la 5 surface extrados du dispositif hypersustentateur aval, retardant ainsi le décollement nuisible à la portance globale. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle d'écoulement d'air (8) autour de la paroi (2) d'un profilé aérodynamique pour 5 aéronef, du type aile d'avion (1), pale d'hélice ou de rotor, caractérisé en ce que la paroi (2) dudit profilé présente un bord de fuite (3) divergent de manière à générer les conditions d'un décollement de l'écoulement (8) proche d'une valeur limite d'existence et en ce qu'il 10 comporte des moyens de pilotage (4) dudit écoulement (8), lesdits moyens de pilotage (4) permettant de contrôler le passage de l'écoulement (8) d'un état décollé à un état recollé, et inversement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pilotage du décollement dudit écoulement (8) est périodique. 3. Dispositif selon la revendication 2, 20 caractérisé en ce que le pilotage du décollement dudit écoulement (8) présente une fréquence comprise entre 10 Hz et 10 KHz. 4. Dispositif selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que le pilotage du décollement dudit écoulement (8) est non stationnaire, et de préférence est piloté par une commande extérieure. 5. Dispositif selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (4) du décollement dudit écoulement (8) sont constitués au moins d'un jet synthétique, lequel est généré par l'intermédiaire d'une fente située dans la paroi (2) dudit profilé et par un actionneur piézo-électrique disposé dans une cavité située à l'intérieur de la paroi dudit profilé. 6. Dispositif selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (4) du décollement dudit écoulement (8) sont constitués au moins d'un jet synthétique, lequel est généré par l'intermédiaire d'une fente située dans la paroi (2) dudit profilé et par un générateur de pression disposé dans 10 une cavité située à l'intérieur de la paroi (2) dudit profilé. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de 15 pilotage (4) du décollement dudit écoulement (8) sont constitués au moins d'un actionneur piézo-électrique disposé sur la paroi (2) dudit profilé. 8. Dispositif selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (4) du décollement dudit écoulement (8) sont constitués au moins de deux électrodes (5) disposées sur la paroi (2) dudit profilé afin de créer une décharge électrique de type effet couronne. 25 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le décollement dudit écoulement (8) est obtenu au moyen au moins d'un générateur de pression disposé sur la paroi (2) dudit 30 profilé. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le décollement dudit écoulement (8) est obtenu au moyen d'un générateur de pression déporté et associé à des vannes disposées à l'intérieur de la paroi (2) dudit profilé. 11. Dispositif selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (4) sont disposés sur toute ou une partie de l'envergure de la surface intrados (2a) de la paroi (2) dudit profilé. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (4) sont disposés sur toute ou une partie de l'envergure de la surface extrados (2b) de la paroi (2) dudit profilé. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bord de fuite (3) présente un angle avec la paroi (2) dudit profilé compris entre 100 et 30 . 20 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bord de fuite présente une longueur inférieure ou égale à 5% de la valeur locale de la corde dudit profilé. 25 15. Surface portante ou propulsive d'aéronef comportant un dispositif de contrôle d'écoulement d'air (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14. 16. Aéronef comprenant deux surfaces portantes ou propulsives, caractérisé en ce qu'au moins une desdites surfaces portantes ou propulsives est munie d'un dispositif de contrôle d'écoulement d'air (8) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13. 35