Brevet FR2864030A1 — publié le 20050624

Aéronef convertible pourvu de deux tilt fan de part et d'autre du fuselage et d'un troisième tilt fan agencé sur la queue de l'aéronef. La présente invention concerne un aéronef convertible pourvu de rotors carénés basculants, communément dénommés tilt fan selon l'appellation anglaise par l'homme du métier, capable d'effectuer des décollages ou des atterrissages très courts voire verticaux. De nombreuses formules ont été essayées dans l'histoire de 10 l'aéronautique pour permettre à des aéronefs de décoller et de se poser à la verticale. La formule hélicoptère permet un control satisfaisant du vol stationnaire mais cela au détriment de la vitesse de croisière. Des recherches ont donc été menées pour améliorer le contrôle en stationnaire des avions. Cependant, les solutions employées jusqu'ici sont d'un rendement moyen et nécessitent des modifications complexes, soit des systèmes de propulsion soit des motorisations. On connaît, par le document US 5054716, un aéronef convertible sur lequel chacun des rotors constitue, avec ses moyens de commande et sa motorisation, un ensemble basculant dénommé tilt rotor selon l'appellation anglaise par l'homme du métier. Dans cette configuration, chaque moteur doit pouvoir fonctionner en position sensiblement horizontale mais aussi verticale ce qui pose de nombreux problèmes liés soit au moteur soit aux câblages ou aux conduites hydrauliques et de carburant qui doivent aussi passer par un pivot de basculement. De surcroît, les moteurs étant généralement des turbomoteurs, les jets de gaz sortant de leur tuyère ont pour inconvénient, en mode hélicoptère, de dégrader la surface des aires de décollage et d'atterrissage. On connaît par le document US 3.360.217 un aéronef convertible constitué de quatre tilt fan . Dans cette configuration, les moteurs sont disposés sur le fuselage et restent fixes quelque soit la phase de vol. En effet, le passage d'un vol d'avancement, dénommé mode avion , à un mode hélicoptère est réalisé en ne basculant que les tilt fan . Cela permet par conséquent de s'affranchir de tous les problèmes liés à la rotation d'un moteur en fonctionnement. Cependant, l'utilisation de quatre tilt fan est particulièrement pénalisante dans la mesure ou l'aéronef doit être puissamment motorisé afin de pouvoir entraîner chacun de ces tilt fan . De plus, il va s'en dire que la masse de ce dispositif est importante ce qui réduit d'autant la masse utile de l'aéronef. II ressort de ces considérations d'une part que la configuration tilt rotor est particulièrement difficile à mettre en oeuvre et à industrialiser afin de surmonter les difficultés liées au basculement d'un moteur. D'autre part, la configuration tilt fan est plus aisée à mettre en oeuvre et ne présente pas les inconvénients décrits ci-dessus mais l'utilisation de quatre tilt fan augmente de façon pénalisante la masse de l'aéronef. La présente invention a pour objet de proposer un aéronef convertible permettant de s'affranchir des limitations mentionnées 25 précédemment. Selon l'invention, un aéronef convertible, pourvu d'une première et d'une deuxième poutres de queue ainsi que d'un premier et d'un deuxième tilt fan disposés de part et d'autre du fuselage légèrement en avant du centre de gravité dudit aéronef, comporte de façon remarquable un troisième tilt fan agencé entre la première et la deuxième poutres de queue. En effet, pour tenir l'équilibre en vol stationnaire, trois fan sont amplement suffisants pour assurer un polygone de sustentation. La masse gagnée en supprimant un quatrième fan permet d'accroître de façon conséquente la masse utile de l'aéronef. De façon avantageuse le troisième tilt fan comporte un premier volet servant de dérive à l'aéronef convertible. De plus, l'aéronef convertible comporte avantageusement deux ailes canard de manière à être correctement équilibré. En outre, les premier, deuxième et troisième tilt fan sont entraînés par seulement deux moteurs agencés dans le fuselage, les gaz d'échappement de ces moteurs étant évacués sur le dessus de ce fuselage par deux ouvertures. Dans un premier mode de réalisation, l'aéronef convertible selon l'invention comporte deux ailes à flèche positive, donc dirigées vers l'arrière de l'aéronef, disposées de part et d'autre du fuselage en position haute. Nous verrons par la suite que chacune de ces ailes est avantageusement munie de volets hypersustentateurs ainsi que d'un winglet ce dernier possédant un deuxième volet. Dans ce mode de réalisation, les moteurs, insérés derrière l'habitacle, sont alimentés en air par deux entrées d'air agencées sur les côtés du fuselage. Dans un second mode de réalisation, l'aéronef convertible comporte deux ailes à flèche inversée, donc dirigées vers l'avant de l'aéronef, disposées de part et d'autre du fuselage en position haute. Chacune de ces ailes est avantageusement munie de volets hypersustentateurs De plus, un premier et un second empennages, sensiblement horizontaux, sont respectivement agencés sur la première et la deuxième poutre de queue. En outre, dans ce mode de réalisation particulier, les moteurs, agencés dans le fuselage au dessus de l'habitacle, sont alimentés en air par deux entrées d'air agencées sur le dessus du fuselage. L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent: - la figure 1, une vue de dessus schématique d'un aéronef convertible selon un premier mode de réalisation, - la figure 2, une vue de dessus schématique d'un aéronef convertible selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 3, une vue de côté d'un aéronef convertible selon 15 un premier mode de réalisation ayant des tilt fan en position verticale, - la figure 4, une vue de côté d'un aéronef convertible selon un deuxième mode de réalisation ayant des tilt fan en position verticale, - la figure 5, une vue de côté d'un aéronef convertible selon un premier mode de réalisation ayant des tilt fan en position horizontale, - la figure 6, une vue de côté d'un aéronef convertible selon un deuxième mode de réalisation ayant des tilt fan en 25 position horizontale, Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence. La figure 1 présente un aéronef convertible AC' bâti selon un premier mode de réalisation. Cet l'aéronef convertible AC' comporte deux moteurs 4,5, insérés à l'intérieur d'un fuselage F', respectivement pourvus de deux arbres moteurs 10,11. Deux entrées d'air 14', 15', respectivement agencées sur les côtés 20, 30 du fuselage F' alimentent en air les moteurs 4 et 5. Les gaz d'échappement de ces moteurs 4,5 sont rejetés par deux ouvertures 8, 8' disposées sur le dessus du fuselage F' réduisant ainsi la signature infrarouge vue du sol. La figure 2 présente un aéronef convertible AC bâti selon un deuxième mode de réalisation. Cet aéronef convertible AC comporte deux moteurs 4,5, insérés à l'intérieur d'un fuselage F, respectivement pourvus de deux arbres moteurs 10,11. Deux entrées d'air 14, 15 agencées sur le dessus du fuselage alimentent en air les moteurs 4 et 5. Les gaz d'échappement de ces moteurs 4,5 sont rejetés par deux ouvertures 8, 8' disposées sur le dessus du fuselage F réduisant ainsi la signature infrarouge vue du sol. En outre, la bi-motorisation de ces aéronefs convertibles AC, AC' présente l'avantage d'être très sécuritaire dans la mesure où la panne d'un seul moteur ne perturbera pas de manière sensible le fonctionnement de l'aéronef AC, AC'. En référence aux figures 1 et 2, la première extrémité EX1 de l'arbre moteur 10 et la première extrémité EX2 de l'arbre moteur 11 sont connectées à un unique arbre d'interconnexion 9, inséré dans le fuselage F, F' via deux ensembles primaires distincts de pignons. De ce fait, les arbres moteurs 10, 11 mettent en rotation un unique arbre d'interconnexion 9. De la même façon, les arbres moteurs 10, 11 entraînent un unique arbre de transmission secondaire 13 via deux ensembles secondaires distincts de pignons connectés aux deuxièmes extrémités EX1' et EX2' des arbres moteurs 10, 11. Cet arbre de transmission secondaire 13 est agencé entre les deux poutres de queue P1, P2. Les pales du troisième tilt fan 3, ce dernier étant agencé entre les deux poutres de queue P1, P2, sont entraînées par l'arbre de transmission secondaire 13. De plus, ce troisième tilt fan 3, équipé de façon avantageuse d'un premier volet V servant de dérive à l'aéronef convertible, peut basculer autour de cet arbre de transmission secondaire 13. Par ailleurs, une boite de transmission principale 12, disposée sur l'arbre d'interconnexion 9, permet d'entraîner les pales du premier 1 et du deuxième 2 tilt fan via un arbre de transmission principal 7. Les premier 1 et deuxième 2 tilt fan sont disposés de part et d'autre du fuselage F, F' légèrement en avant du centre de gravité de l'aéronef convertible AC, AC'. Ces premier 1 et du deuxième 2 tilt fan peuvent basculer autour de l'arbre de transmission 7. L'implantation des premier 1 et deuxième 2 tilt fan sur le fuselage F, F' de l'aéronef convertible AC,AC' correspond sensiblement à l'endroit où est positionnée l'emplanture des ailes sur un avion classique de type non convertible. Par conséquent, la configuration tilt fan impose de positionner les ailes Al, A2, Al', A2' sur la partie arrière du fuselage F, F'. L'aéronef AC, AC' ne pourra donc être correctement contrôlé en tangage que s'il possède des surfaces aérodynamiques à l'avant du fuselage dénommées ailes canard Cl, C2, Cl', C2' dans le vocable aéronautique. La formule canard est de ce fait une conséquence directe de la configuration tilt fan . Par ailleurs, les bords de fuites des ailes Al, A2, Al', A2' sont respectivement munies de volets hypersustentateurs VF1,VF2,VFI',VF2' à double fente ou analogue. En référence aux figures 3 et 4, en mode avion, les premier 1, deuxième 2 et troisième 3 tilt fan sont en position verticale et se comportent ainsi comme des hélices assurant de ce fait la propulsion de l'aéronef AC, AC'. En référence aux figures 5 et 6, en mode hélicoptère, les premier 1, deuxième 2 et troisième 3 tilt fan sont dans une position sensiblement horizontale et assurent ainsi la sustentation de l'aéronef AC, AC'. Pour ce faire, ces premier 1, deuxième 2 et troisième 3 tilt fan basculent dans le sens anti-trigonométrique autour de l'arbre de transmission principal 7 comme indiqué par une flèche sur les figures 5 et 6. A titre d'exemples, on examine par la suite de quelle manière l'aéronef convertible effectue un atterrissage court ou vertical. Dans le but de réaliser un atterrissage court, les premier 1, deuxième 2 et troisième 3 tilt fan sont en position verticale. Les ailes Al, A2, Al', A2' sont dans le flux des premier 1 et deuxième 2 tilt fan . Les volets hypersustentateurs VF1, VF2, VF1', VF2' permettent de défléchir vers le bas le flux de ces tilt fan augmentant ainsi de manière sensible la portance des ailes Al, A2, Al', A2'. Le décrochage aérodynamique de ces ailes Al, A2, Al', A2' est alors retardé. Dans ces conditions, la vitesse d'approche est réduite ce qui implique que la distance nécessaire à l'atterrissage est très courte. L'aéronef convertible AC, AC' autorise aussi un atterrissage vertical. En effet, il entame alors une conversion du mode avion au mode hélicoptère en basculant progressivement les premier 1, deuxième 2 et troisième 3 tilt fan . Une fois en position horizontale, ces tilt fan 1, 2, 3 assurent la sustentation de l'aéronef AC, AC'. Ce dernier fonctionne alors comme un hélicoptère et peut se poser verticalement. L'assiette de l'aéronef convertible peut être équilibrée en mode avion de différentes manières. Une première solution consiste à utiliser deux ailes canard et des winglet munis de volet, une seconde solution utilisant 2 ailes canard , un empennage sensiblement horizontal et une dérive. Le choix du mode de réalisation dépend du centrage des moteurs, de la charge utile ainsi que du type d'appareil à savoir un faible tonnage (environ inférieur à six tonnes) ou un tonnage important (environ supérieur à six tonnes). En référence à la figure 1, l'installation motrice est située derrière l'habitacle, ce dernier n'occupant que partiellement le fuselage. Le centrage de l'aéronef impose l'emploi d'ailes Al', A2' à flèche positive, c'est-à-dire dirigées vers l'arrière de l'aéronef. L'extrémité de chacune de ces ailes Al', A2' est pourvue d'un élément vertical dénommé winglet W selon l'appellation anglaise 20 dans le vocable aéronautique. Ces winglet W sont couramment utilisées sur les avions modernes. Ils réduisent la différence de pression entre l'intrados et l'extrados de l'extrémité d'une aile de manière à diminuer le tourbillon marginal de nature turbulente. De ce fait, les winglet W améliorent le niveau vibratoire de l'aéronef. De plus, ils augmentent l'allongement relatif des ailes, réduisant par conséquent leur traînée. De surcroît, dans le cas de l'aéronef convertible AC' de faible tonnage selon l'invention, les ailes Al', A2' se trouvent très en arrière du fuselage et leur flèche est très importante. Chaque winglet W peut alors servir de dérive en étant équipé d'un deuxième volet V'. La position des ailes Al', A2' sur le fuselage F' est primordiale. Des ailes en position haute, c'est-à-dire agencés sur le dessus du fuselage, et des ailes en position basse, c'est-à-dire agencés sur la partie inférieure du fuselage n'ont incontestablement pas le même impact sur le fonctionnement de l'aéronef. En effet, afin de passer du mode avion au mode hélicoptère, les premier 1, deuxième 2 et troisième 3 tilt fan sont basculés afin de diriger leur poussée vers le sol. La durée pendant laquelle les ailes Al', A2' sont exposées aux flux d'air inclinés provenant du premier 1 et du deuxième 2 tilt fan doit être minimisée de manière à ne pas perturber le fonctionnement de l'aéronef. Si les ailes sont en position basse, les flux d'air provenant des premier 1 et deuxième 2 tilt fan impactent l'extrados des ailes Al', A2'. Par suite, la portance de ces ailes Al', A2' diminue ce qui peut induire un problème de sécurité majeur à savoir une perte du contrôle de l'aéronef AC'. Dans ces conditions, seule une position haute des ailes Al', A2' permet de répondre au besoin. En référence à la figure 2, dans un deuxième mode réalisation, l'aéronef convertible AC a un tonnage important. L'installation motrice est positionnée dans la partie supérieure du fuselage F, au dessus de l'habitacle. Cette disposition permet ainsi à l'habitacle d'occuper la majeure partie du fuselage F et procure donc à l'aéronef convertible AC une grande capacité d'emport interne. Le centrage de l'appareil impose alors l'emploi d'ailes Al, A2 à flèche inversée, c'est-à-dire dirigées vers l'avant de l'aéronef. En effet, l'utilisation d'ailes à flèche positive aurait pour conséquence, dans ce mode de réalisation, un surdimensionnement des ailes canard Cl, C2 ce qui serait notamment pénalisant en terme de masse. Par ailleurs, le volet V, agencé sur le troisième tilt fan , fait office de dérive, permettant ainsi de contrôler l'aéronef AC en lacet. De plus, afin d'éviter toute perte du contrôle de l'aéronef convertible AC, lors du passage du mode avion au mode hélicoptère les ailes Al, A2, sont agencées sur le fuselage F en position haute. En outre, un empennage classique, composé d'un premier El et d'un deuxième E2 empennages sensiblement horizontaux et agencés respectivement sur la première P1 et la deuxième P2 poutres de queue, améliore le contrôle en tangage de l'aéronef. Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisations aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. II est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. 11 REVENDICATIONS 1. Aéronef convertible, pourvu d'une première (P1) et d'une deuxième (P2) poutres de queue ainsi que d'un premier (1) et d'un deuxième (2) tilt fan disposés de part et d'autre du fuselage (F, F') légèrement en avant du centre de gravité dudit aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième tilt fan (3) agencé entre lesdites première (P1) et deuxième (P2) poutres de queue. 2. Aéronef convertible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est muni de deux ailes canard 10 (C1,C2,C1',C2'). 3. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux moteurs (4,5) pour entraîner lesdits premier (1), deuxième (2) et troisième (3) tilt fan . 4. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz d'échappement desdits moteurs (4,5) sont évacués sur le dessus dudit fuselage (F,F') par deux ouvertures (8,8'). 5. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit troisième tilt fan (3) est pourvu d'un premier volet (V). 6. Aéronef convertible selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moteurs (4,5) sont insérés dans le fuselage (F') derrière l'habitacle dudit aéronef convertible (AC') . 7. Aéronef convertible selon la revendication 6, caractérisé en ce que, ledit aéronef convertible (AC') étant pourvu 5 de deux ailes (A1',A2') disposées de part et d'autre du fuselage (F'), lesdites ailes (A1',A2') ont une flèche positive. 8. Aéronef convertible selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un chaque extrémité desdites ailes (A1',A2') est muni d'un winglet (W). 9. Aéronef convertible selon revendication 8, caractérisé en ce que ledit winglet (W) comporte un deuxième volet (V'). 10. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que deux entrées d'air distinctes (14',15'), respectivement situées sur les côtés (20,30) du fuselage (F'), alimentent en air frais lesdits moteurs (4,5) 11. Aéronef convertible selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moteurs (4,5) sont insérés dans le 20 fuselage (F) au dessus de l'habitacle dudit aéronef convertible (AC). 12. Aéronef convertible selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un premier empennage (El), sensiblement horizontal, est agencé sur ladite première poutre de queue (P1). 13. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce qu'un deuxième empennage (E2) ), sensiblement horizontal, est agencé sur ladite deuxième poutre de queue (P2). 14. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte deux ailes (Al,A2) à flèche inversée disposées de part et d'autre dudit fuselage (F). 15. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que deux entrées d'air distinctes (14,15), situées sur le dessus du fuselage (F), alimentent en air frais lesdits moteurs (4,5). 16. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites ailes (A1,A2, A1',A2') dudit aéronef convertible (AC,AC') sont en position haute. 17. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites ailes (A1,A2, A1',A2') sont munies de volets hypersustentateurs (VF1,VF2,VFI',VF2') à double fente.