Brevet FR2897837A1 — publié le 20070831

-1- Description La présente invention concerne une structure d'aile semi-rigide entoilée et pliable pour aéronefs et une méthode de pilotage en roulis associée. Une structure entoilée est constituée d'une structure dure faite en pièces plus ou moins longilignes, comme des tubes en aluminium extrudé ou des profilés moulés, sur laquelle est tendue une toile qui forme la surface portante. Il existe 3 grandes catégories de structures entoilées utilisées en aviation: la structure "delta-plane", le structure "ailes rigides" et la structure "tube et toiles". 1) La structure "delta-plane" est essentiellement constituée de bords d'attaques en tube ronds et d'une quille centrale, sur lesquels est tendue la toile. Des lattes préformées donnent le profil souhaité. Entre la quille centrale et les extrémités des ailes se forment 2 lobes, symétriques en ligne droite. Ces lobes sont dus à la combinaison de la tension dans la toile et la portance, et se retrouvent sur toutes les structures semi-rigides, comme les ailes des delta-planes mais aussi les voiles de bateaux ou les cerfs-volants. Le pilotage se fait par déplacement du centre de gravité, ce qui entraîne une asymétrie de la tension de ces 2 lobes et provoque la mise en virage. Le grand avantage de cette structure "delta-plane" est sa simplicité, tant du point de vue de la construction que du pliage et du pilotage. L'inconvénient majeur est la faible efficacité aérodynamique par la mauvaise maîtrise de -2- l'incidence le long de l'envergure. En effet, le bord d'attaque est toujours rectiligne, mais le bord de fuite suit la courbe du lobe, et ainsi l'incidence du profil varie énormément le long de l'envergure. 2) La structure "ailes rigides" résout le problème de la maîtrise de l'incidence avec des bords d'attaque toujours rectilignes et repliables le long de la partie centrale, mais sur lequel s'articulent des nervures repliables ayant une incidence fixée lors de la construction. La toile est tendue entre le bord d'attaque et le bord de fuite des nervures,, qui transmettent la portance au bord d'attaque qui travaille donc en torsion. Mais en même temps qu'elle résout le problème de l'efficacité aérodynamique en maîtrisant le vrillage le long de l'envergure, cette structure supprime les lobes qui servent aussi au pilotage. Ces aéronefs ont donc besoin de commandes par volets bien plus complexes de mise en oeuvre. Toutefois, ils restent pliables sans démonter d'éléments structuraux. 3) La structure "tube et toiles" est une des plus classiques en aviation, et comprend un bord d'attaque rigide, un bord de fuite rigide, avec des volets éventuellement, des nervures qui relient les deux et une toile tendue par-dessus. Les éléments durs sont fabriqués en aluminium, bois, matériaux composites ou tout autre matériau adapté. Cette structure a une très bonne efficacité aérodynamique, mais a besoin aussi de commandes par volets. Elle n'est en outre pas à proprement parler "pliable" mais seulement "démontable", puisqu'il faut démonter des éléments structuraux pour la "plier". Le grand -3- succès de cette structure s'explique par la possibilité du pilotage "3 axes" avec un manche: tangage, lacet et roulis. Une amélioration de la structure "delta-plane" est l'utilisation d'un bord d'attaque moulé en matériaux composites à la place des tubes ronds, pouvant travailler en torsion et sur lequel une canne en bout d'aile permet de maîtriser l'incidence de l'extrémité de l'aile. On peut aussi utiliser une nervure repliable pour contrôler l'incidence du profil en bout d'aile, tout en laissant les lobes disponibles pour la mise en virage. La présente invention a pour objet une structure et une méthode de pilotage reprenant les avantages de chacune des structures précédentes tout en éliminant les défauts associés. Le principe de base de l'invention est double: • un bord d'attaque (2) moulé, non rectiligne sur la 20 1/2 envergure, constitué de tronçons rectilignes présentant entre eux des angles (9) ouverts vers le bas; • une toile (4) tendue sur ce bord d'attaque (2) et reliée à la partie centrale (1) par un câble (7) 25 qui est commandé par le pilote. -4- Il sera mieux compris en se référant aux figures: • la figure 1 représente une vue de dessus de l'aile droite d'une structure typique selon l'invention; • la figure 2 représente une vue de face d'un bord d'attaque gauche selon l'invention; • la figure 3 représente une vue de derrière des 2 ailes droite et gauche selon l'invention; • les figure 4a à 4c représentent 3 sections de l'aile aux 3 endroits indiqués sur la figure 3; • la figure 5 représente le principe de pilotage selon l'invention dans une vue de derrière. L'invention est une amélioration de la structure "delta- plane", et comprend donc une partie centrale (1), appelée 15 quille ou fuselage, et de chaque coté (voir figure 1): • un bord d'attaque moulé en matériaux composites (2), fixé à la partie centrale (1) par une liaison pivot (3) permettant le pliage vers l'arrière le long d.e la partie centrale; 20 • de moyens pour empêcher le repliement involontaire du bord d'attaque (2) vers l'arrière le long de la partie centrale (1); • une toile (4) tendue entre le bord d'attaque (2) et la partie centrale (1), pouvant présenter une 25 double surface (extrados (10) et intrados (11)) sur une partie du profil; • des raidisseurs préformés (5), appelés "lattes", donnant le profil aérodynamique souhaité; • un ou plusieurs éléments (6) proches du saumon de 30 l'aile, dans une direction transverse au bord d'attaque (2), par exemple une nervure articulée. -5- La toile (4) tendue entre le bord d'attaque (2) et la partie centrale (1) forme la surface portante. Comme pour les deltaplanes et les voiles de bateaux, la tension dans la toile et la portance forment des lobes au bord de fuite de l'aile (voir figure 3). Plus la tension est grande, moins le lobe sera prononcé, mais aussi plus la toile (4) et le bord d'attaque (2) devront être rigides. La courbure du lobe du bord de fuite de l'aile est ainsi un paramètre maîtrisé par le constructeur, en jouant sur la rigidité du bord d'attaque (2) et la tension dans la toile (4). Il suffit alors de fabriquer le bord d'attaque (2) selon une courbe identique au bord de fuite prévu par les calculs aérodynamiques pour que l'incidence soit constante le long de l'envergure. Comme il n'est pas pratique de fabriquer des éléments courbes, on préfère décomposer la courbe du bord d'attaque en une succession de segments droits, qui seront inévitablement tels que l'angle (9) entre 2 tronçons consécutifs est ouvert vers le bas. Plus le nombre de tronçons est grand, plus le bord d'attaque et le bord de fuite seront parallèles. Dans la pratique, 2 tronçons par aile sera un bon compromis entre performance et simplicité. Comme nous venons de le voir, plus la tension est grande, moins le lobe sera prononcé. Il est donc possible d'ajuster la courbure du bord de fuite après fabrication du bord d'attaque (2) en jouant sur la tension du bord de fuite de la toile (4). On peut exploiter ce phénomène de plusieurs façons: par exemple en tendant plus ou moins la toile (4) au montage pour compenser le vieillissement des matériaux, mais aussi en faisant varier en vol la tension et donc l'incidence le long de l'envergure, et en particulier en la faisant varier différentiellement entre l'aile gauche et l'aile droite, et provoquer ainsi la mise en virage (voir figure 5). Pour cet effet, la toile (4) sera reliée à des éléments de commande (12) situés dans ou sur la partie centrale (1) par un câble (7). Ce câble (7) sera avantageusement attaché à la toile (4) en un point (8) proche du bord de fuite et de la partie centrale (1) de l'aéronef. L'effet maximal de la variation des lobes sera un changement d'incidence au milieu de chaque aile, donc essentiellement du roulis. En prenant l'exemple de la figure 5, en inclinant le manche à droite, celui-ci tend le câble relié à la toile de l'aile gauche et relâche le câble relié à la toile de l'aile droite. Alors, le bord de fuite au centre de l'aile droite se lève, donc l'incidence au centre de l'aile droite baisse, donc l'aile droite baisse. L'effet est inverse côté gauche, qui monte. On obtient donc une inclinaison vers la droite, comme avec des ailerons classiques, et donc une mise en virage vers la droite. Par sa structure, l'aile selon l'invention est aussi facilement pliable qu'un "delta-plane" ou une "aile rigide" classiques: une fois débloqué le maintient entre le bord d'attaque (2) et la partie centrale (1), et une fois relâché la tension dans la toile (4), le bord d'attaque (2) se replie vers l'arrière le long de la partie centrale (1) de l'aéronef en pivotant autour des pivots (3) sans démonter d'élément structurel.30 -7- De plus, comme tous les éléments de pilotage (12) sont dans ou sur la partie centrale (1), ils n'ont pas besoin d'êtres démontés lors du pliage: le câble (7) qui relie la toile (4) et la partie centrale (1) peut donc rester en place, et sa souplesse permet le pliage. Une amélioration encore plus avantageuse de l'invention est de fabriquer chaque bord d'attaque en 2 tronçons rectilignes démontables et emboîtables : on améliore ainsi encore les possibilités de pliage. On peut avantageusement combiner une aile selon l'invention avec un fuselage ayant un empennage traditionnel et réaliser un aéronef avec pilotage "3 axes".15 Revendications 1)Aile d'aéronef composé d'une partie centrale (1), et de chaque côté d'un bord d'attaque (2), d'une toile (4) tendue entre ladite partie centrale (1) et ledit bord d'attaque (2), et de lattes préformées (5) donnant le profil aérodynamique souhaité à ladite toile (4), caractérisé en ce que ledit bord d'attaque (2) est constitué d'au moins 2 tronçons rectilignes présentant, dans une vue de face, un angle (9) ouvert vers le bas entre les tronçons consécutifs, et en ce que ladite toile (4) est reliée à ladite partie centrale (1) par un câble (7) attaché à ladite toile (4) en un point (8) proche de ladite partie centrale (1) et du bord de fuite de ladite aile, et en ce que les 2 câbles (7) respectivement de l'aile gauche et de l'aile droite peuvent être tendus et relâchés en vol de manière différentielle par l'action du pilote en vue de provoquer la mise en virage dudit aéronef.20