Brevet FR2927607A1 — publié le 20090821

Page 1 sur 8 Aile à Profil Variable (APV) Domaine technique : Aérodynamisme/portance des aérostats. Par Derel Bruno Le 8 Février 2008 Abrégé : L'invention consiste à un nouveau type d'aile pour aérostats dont le profil est variable selon les besoins. Cette aile à profil variable est obtenue en modifiant la "corde de cambrure " (distance entre la ligne médiane et la partie supérieure de l'extrados ou inférieure de l'intrados). Ainsi, on obtient des caractéristiques dynamiques réglables en fonction des besoins. (Augmentation de la portance à basse vitesse, et augmentation du Cx à haute vitesse) La modification dynamique de ses coefficients permettra aux aérodynes une amélioration significative de la stabilité, la consommation énergétique, et la vitesse maximale. .r..,. rpY•~. -.O+bi.. mn~Irr1 ua U{Nmm~l. F1RIr~1 Inc. .,.r....aMq." .päFn.-z ~... rcr neM1n.ewin Ol Me,.l-FlMM.3 Page 2 sur 8 L'invention consiste à une nouvelle aile pour aérodyne dont on peut modifier la distance entre la ligne médiane de son pr ofil et la partie la plus haute de l'extrados (ou de l'intrados). Je nommerai cette hauteur dans ce document comme "Corde de cambrure". Ainsi en modifiant la longueur de la "Corde de cambrure", cela à pour effet de modifier directement le profil de l'aile et donc sa por tance et sa pénétration dans l'air. Cette invention est applicable pour tout aérodyne déjà existant ou pouvant être conçu. En faisant varier la "Corde de cambrure", on modifie la dépression crée par l'extr ados de l'aile, ainsi si on augmente la longueur de la "Corde de cambrure", la dépression sur l'extr ados augmentera proportionnellement à cette augmentation, et pareillement une diminution de la corde diminuera la dépression, donc la por tance générée par l'aile. Les mêmes changement affectent également le coefficient de pénétration Cx de l'aile. Une faible "Corde de cambrure" ambr ur e" permettra un Cx plus petit. En modifiant la distance verticale entre le bord d'attaque et le haut de l'extrados, on oblige l'air à parcourir plus ou moins de distance, et donc à accélérer ou ralentir. Selon le théorème de Bernoulli stipulant que la pression d'un fluide (ici l'air) diminue quand la vitesse du fluide augmente, plus un profil d'aile aura une "Corde de cambrure" importante, plus sa por tance sera grande. L'invention consiste donc à faire varier cette distance selon les besoins de l'aérodyne, par exemple dans les phases d'at,ter r issages et de décollage, on à tout intérêt à augmenter au maximum possible la "Corde de cambrure" de l'aile, afin d'augmenter au maximum sa portance et réduire la ainsi la vitesse minimale de décollage / atterrissage. Tandis qu'a la vitesse de croisière on à tout intérêt à réduire au minimum la "Corde de cambrure" de l'aile afin générer la portance/sustentation juste nécessaire à l'aérodyne, et ainsi améliorer sa pénétr ation dans l'air afin de soit réduire les besoins énergétiques, soit augmenter la vitesse maximale. Page 3 sur 8 40 La portance d'une aile est définie par la relation suivante. Fz = q . S . Cz Fz : Force verticale subite par l'aile en Newton Q : Pression dynamique => 1/2 * Masse volumique fluide (kg/m3) * Vitesse au carrée (en m/s) 45 Cz : Coefficient de por tance déter miné par le profil de l'aile grâce à des essais en soufflerie (mécanique ou informatique). Chiffre sans dimensions. Ainsi comme défini par cette formule, on peut voir que la force de por tance Fz augmente proportionnellement au coefficient Cz de 50 l'aile, ainsi bien sûr qu'a sa surface, mais aussi au carré de la vitesse. Ainsi un aérodyne ayant une vitesse d'atterrissage ou de vol stable sans l'utilisation d'élément super sustentateur (volets) de 150 km (soit envir on 41.66 m/s), pourra par exemple si on l'on double la 55 valeur du Cz (portance de l'aile), obtenir une nouvelle vitesse d'atterrissage ou de vol stable qui aura pour valeur Vn = Racine (Vil/2) Vn => nouvelle vitesse en m/s Vi => Vitesse Initiale en m/s 60 Soit ici avec Vi = 41.66 m/s La nouvelle vitesse de décrochage / décollage sera de 29.45 m/s soit la vitesse de 106.04 Km/heure. Cette formule est dérivée de la formule précédente, et est uniquement valable pour une augmentation de 1007e de la valeur de Cz. Page 4 sur 8 65 Exemple d'aile à profil variable. (la partie de l'intrados pouvant être variable) Graphique i o..m in.o Légende 70 1) Partie Courbé, qui constitue la partie supérieure de la partie mobile en translation. Selon l'écart entre le haut de l'extr ados, et la partie médiane de l'aile, la dépression générée sera plus ou moins importante. 2) Entoilage effectué à partir d'un matériau présentant une 75 déformation élastique. Le choix du matériau dépendra à la fois de l'élasticité nécessaire à l'entoilage de l'aile (élasticité nécessaire pour permettre l'élévation voulue de la partie mobile). Mais aussi bien évidemment des contraintes de force subite par l'aile. La partie Intr ados peut varier, car elle est en réalité très 80 variable selon les caractéristiques de vol désiré, elle peut être plat comme représenté, ou aussi creux afin de généré encore plus de por tance, ou bien d'autres for mes selon les comportements de vol désiré. Il appar ait évident de pouvoir utiliser ce système translatif pour 85 changer aussi l'intrados de l'aile. Aile variable reglé sur une portance minimale et un CX Minimal - Fleche = 1 Aile variable reglé sur une portance moyenne et un CX Moyen - Fleche = 2 Aile variable reglé sur une portance maximale et un CX Maximal - Fleche = 3 Exemple d'aile à profil variable, 3 états. bien sur des états intermediaires sont possibles Page 5 sur 8 Description d'un mécanisme possible: Élévation par système de vérin. Graphique 2 e de mécanisme de translation possible 2 Légende 90 1) Matériaux à propriété élastique. 2) Partie mobile assur ant élastique de l'aile. la transmission de l'effort à la partie 3) Tige du vérin 4) Vérin électrique ou pneumatique, ou bien encore hydr aulique. Page 6 sur 8 95 Description d'un autre mécanisme possible : Élévation par tige filetée et plaque taraudée. Graphique 3 Légende 100 1) Porte Axe. 2) Partie mobile assurant la transmission de l'effort à la partie élastique de l'aile. Assemblé à la tige filetée 4, par un filetage interne. 3) Matériaux à propriété élastique 105 4) Tige filetée, permettant le mouvement translatif de la partie mobile 2. 5) Fuselage de l'aérodyne. Avantage, une fois la hauteur réglée, la transmission de ce type ne requièrent aucune puissance pour maintenir la hauteur, en effet 110 le filetage de la tige empêche la translation inverse. La / les tiges filetées peuvent êtres entr ainés par un moteur par le biais d'une transmission de puissance directe (accouplement Page 7 sur 8 direct), ou bien par le biais d'un système de courroies / poulies cr anté. 115 Plusieurs tiges filetées peuvent être mises en par allèle pour répartir les for ces, elles peuvent sans problèmes êtr e synchronisées par un système de courroie cranté les mettant en relation via des poulies partageant la même courroie. Bien sûr il faudra ajouter un cache aérodynamique pour cacher 120 le système de transmission accolé au fuselage. De plus, ce mode de tr ansiation est très attr actif au niveau du prix. Remarques : Concernant la technique à employer, il existe d'autres moyens de mise en oeuvre du mouvement translatif. (Guide 125 mouvement linéaire motorisé, extension par crémaillère ou courroie ...). Concernant. le matériau qui servira à faire la liaison entre la partie mobile et le bord d'attaque et de fuite de l'aile, il faudr a un matériau partiellement élastique, et suffisamment rigide pour 130 résister aux sollicitations requises en fonction de l'aérostat. Revendications 1) Adaptation à la demande du profil de l'aile en contrôlant son épaisseur globale (longueur de la "Corde de cambrure") en fonction de la portance désirée et/ou du coefficient de 135 pénétr ation désirée. 2) Les dessins et schémas présents dans ce document. 3) L'utilisation d'un matériau à propriété élastique pour permettre de conserver l'intégrité de l'aile.