Brevet FR2937617A1 — publié le 20100430

La présente invention concerne un procédé pour améliorer les performances d'un aéronef, ainsi qu'un aéronef mettant en oeuvre un tel pro-cédé. On sait que la voilure d'un aéronef, par exemple un avion civil de transport, engendre une portance, produisant un moment à piquer pour l'avion, et que, pour contrecarrer ce moment à piquer, l'empennage horizontal de l'aéronef engendre une déportance produisant un moment à cabrer d'équilibrage. En outre, pour un avion ayant un fuselage pourvu d'une pointe avant, disposée en avant du centre de gravité de l'avion, qui se termine vers l'avant par un nez arrondi, il est connu que la surface longitudinale supérieure et la surface longitudinale inférieure de ladite pointe avant engendrent respectivement une force portante et une force déportante, dont la résultante est portante et produit un moment à cabrer auxiliaire. Ainsi, le moment à cabrer d'équilibrage et le moment à cabrer auxiliaire permettent de compenser le moment à piquer, ce qui assure la stabilité en tangage de l'avion. Cependant, la déportance engendrée par l'empennage horizontal de l'avion s'accompagne automatiquement de l'apparition d'une traînée in- duite d'autant plus grande que la déportance engendrée par l'empennage horizontal est plus élevée. Cette traînée induite est indésirable car elle nuit aux performances de l'avion. Aussi, pour réduire la déportance engendrée par l'empennage horizontal et donc la traînée induite indésirable associée, certains construc- teurs aéronautiques ont choisi de supprimer entièrement cet empennage et de le remplacer par une surface portante, de type empennage canard, dis-posée à l'avant de l'avion entre son nez et son centre de gravité. Cependant, cette surface portante canard engendre une portance qui s'accompagne aussi d'une forte traînée induite. En outre, il se forme un sillage et une déflexion de l'écoulement du flux d'air sur la voilure de l'avion, ce qui dégrade ses performances. La présente invention a donc pour objet de remédier à ces inconvénients et notamment de réduire la traînée indésirable engendrée par l'empennage horizontal d'un aéronef, sans installation de matériel ni de surfaces portantes supplémentaires. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour améliorer les performances d'un aéronef comportant : ù une voilure engendrant une portance produisant un moment à piquer pour ledit aéronef ; un empennage horizontal engendrant une déportance produisant un mo- ment à cabrer d'équilibrage pour ledit aéronef ; et un fuselage pourvu d'une pointe avant, qui est disposée en avant du centre de gravité dudit aéronef et qui se termine vers l'avant par un nez arrondi, la surface longitudinale supérieure et la surface longitudinale in- férieure de ladite pointe avant engendrant respectivement une force portante et une force déportante, dont la résultante est portante et pro-duit un moment à cabrer auxiliaire, est remarquable en ce qu'on agit sur ladite pointe avant pour augmenter ladite résultante portante. Ainsi, grâce à l'invention, en augmentant la résultante portante associée à la pointe avant, on augmente le moment à cabrer auxiliaire qu'elle engendre, sans ajout de matériel ou surfaces portantes supplémentaires. La déportance de l'empennage horizontal, nécessaire pour assurer la stabilité en tangage de l'aéronef, peut alors être réduite, ce qui permet en conséquence d'obtenir une réduction de la traînée induite qui l'accompagne. De préférence, pour augmenter ladite résultante portante, on peut avantageusement augmenter ladite force portante : en augmentant ladite surface longitudinale supérieure de ladite pointe avant ; et/ou en optimisant la courbure de ladite surface longitudinale supérieure, de manière à accroître la vitesse d'écoulement du flux d'air sur cette dernière. Ainsi, on augmente la dépression au voisinage de la surface longi- tudinale supérieure. En variante ou en complément, pour augmenter ladite résultante portante, on peut avantageusement diminuer ladite force déportante : en réduisant ladite surface longitudinale inférieure de ladite pointe avant ; et/ou en optimisant la courbure de ladite surface longitudinale inférieure, de manière à réduire la vitesse d'écoulement du flux d'air sur cette dernière. Ainsi, on réduit la dépression au voisinage de la surface longitudinale inférieure. En outre, pour augmenter ladite résultante portante, on peut avan- tageusement déplacer verticalement vers le haut ledit nez de ladite pointe avant. La présente invention concerne également un aéronef mettant en oeuvre le procédé tel que mentionné ci-dessus. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique de profil d'un avion. La figure 2 illustre, dans une vue de profil agrandie, un exemple de réalisation d'une pointe avant d'avion conforme à l'invention (en trait plein), ainsi qu'une pointe avant usuelle (en traits interrompus). La figure 3 est un diagramme représentant l'évolution du moment à cabrer de la pointe avant conforme à l'invention (figure 2) en fonction d'un déplacement vertical vers le haut du nez de l'avion. L'aéronef AC, montré en figure 1, est un avion civil de transport, qui comporte de façon usuelle : un fuselage 1 à section annulaire pourvu d'une pointe avant 2 disposée en avant du centre de gravité G de l'avion AC. Cette pointe avant 2 se termine vers l'avant par un nez arrondi 3 ; une voilure 4 engendrant une portance (symbolisé par la flèche P) produisant un moment à piquer (symbolisé par la flèche semi-circulaire MP) pour l'avion AC. La portance P s'accompagne d'une traînée sym- bolisée par la flèche Tv ; et un empennage horizontal 5 (fixe ou inclinable) engendrant une dépor- tance (symbolisée par la flèche D) qui produit un moment à cabrer d'équilibrage (symbolisé par la flèche semi-circulaire MC1) pour l'avion AC. La déportance D s'accompagne d'une traînée (symbolisée par la flèche Te) d'autant plus importante que la déportance D est élevée. En outre, comme le montre la figure 1, la surface longitudinale supérieure 2A et la surface longitudinale inférieure 2B de la pointe avant 2 engendrent, de façon usuelle, respectivement une force portante et une force déportante (symbolisées respectivement par les flèches Fp et Fd). La résultante (symbolisée par la flèche R) de la force portante Fp et de la force déportante Fd est portante. Elle produit un moment à cabrer auxiliaire (symbolisé par la flèche MC2). Ainsi, le moment à cabrer d'équilibrage MC1 et le moment à cabrer auxiliaire MC2 permettent de compenser le moment à piquer MP, ce qui assure la stabilité en tangage de l'avion AC. La force portante Fp et la force déportante Fd peuvent être détermi- nées à partir de la formule mathématique suivante : F = ùCp x S x Qdyn dans laquelle : F est la force aérodynamique (Fp ou Fd) ; S est la surface longitudinale (supérieure 2A ou inférieure 2B) de la pointe avant 2 ; Qdyn = I x p x V.Z est la pression dynamique, Vœ étant la vitesse de l'air à l'infini et p la masse volumique de l'air ; et Cp est un coefficient de pression dépendant de la courbure de la sur-face. Selon l'invention, pour réduire la déportance D (engendrée par l'empennage horizontal 5) et ainsi diminuer la traînée Te, on agit sur la forme de la pointe avant 2, de manière à augmenter la résultante R portante (par exemple en augmentant la force portante Fp et en diminuant la force déportante Fd) et le moment à cabrer auxiliaire MC2. Comme le montre la figure 2 (sur laquelle les éléments correspondant à la pointe avant 2.I conforme à l'invention portent respective-ment la même référence que ceux correspondant à la pointe avant usuelle 2, mais affectée de l'indice I), pour augmenter la force portante Fp, la sur-face longitudinale supérieure 2A.I de la pointe avant 2.I conforme à l'invention a été augmentée (par exemple de 10%) par rapport à la surface 2A de la pointe avant usuelle 2. De plus, pour diminuer la force déportante Fd, on a réduit la surface longitudinale inférieure 2B.I de la pointe avant 2.I (par exemple de 7%) par rapport à celle 2B de la pointe avant 2. En outre, conformément à l'invention, on a également optimisé les rayons de courbures de la surface longitudinale supérieure 2A.I et de la surface longitudinale inférieure 2B.I de la pointe avant 2.I, de manière à, d'une part, augmenter la vitesse d'écoulement du flux d'air sur la surface supérieure 2A.I et, d'autre part, réduire la vitesse d'écoulement de ce flux sur la surface inférieure 2B.I. Ainsi faisant, on augmente la dépression au voisinage de la surface longitudinale supérieure 2A.I (c'est à dire que l'on augmente le coefficient -Cp de la formule précitée) et on réduit la dépression au voisinage de la surface longitudinale inférieure 2B.I (c'est-à-dire que l'on diminue le coefficient -Cp). De plus, comme le montre la droite N du diagramme de la figure 3, plus le déplacement vertical vers le haut du nez 3.I de l'avion AC est important par rapport à une position verticale de référence (position Z = 0 sur la figure 3), et plus le moment à cabrer auxiliaire MC2 l'avion AC est élevé. Aussi, selon l'invention, comme le montre la figure 2, on a rehaussé de dz la position verticale du nez 3.I (tout en respectant les contraintes de conception telles que la position du train avant, l'emplacement des vitres du cockpit, etc...), de manière à augmenter la portance engendrée par la partie avant de la pointe avant 2.I. II est à noter que l'optimisation des rayons de courbure de la sur-face longitudinale supérieure 2A.I et de la surface longitudinale inférieure 2B.I et/ou l'optimisation de la position verticale du nez 3.I reviennent à optimiser la répartition des volumes de la pointe avant 2.I de l'avion AC. Ainsi, toutes ces optimisations (surface, courbure, position du nez) permettent d'augmenter la résultante portante R' (de la force portante F'p et de la force déportante F'd) associée à la pointe avant 2.I par rapport à la résultante R de la pointe avant usuelle 2. On augmente ainsi le moment à cabrer auxiliaire MC2. Il est alors possible de réduire la déportance D engendrée par l'empennage horizontal 5 et nécessaire pour assurer la stabilité en tangage de l'avion AC. Par voie de conséquence, en réduisant la déportance D, on diminue la traînée Te indésirable qui l'accompagne. REVENDICATIONS1 . Procédé pour améliorer les performances d'un aéronef (AC) comportant : une voilure (4) engendrant une portance (P) produisant un moment à piquer (MP) pour ledit aéronef (AC) ; un empennage horizontal (5) engendrant une déportance (D) produisant un moment à cabrer d'équilibrage (MC1) pour ledit aéronef (AC) ; et un fuselage (1) pourvu d'une pointe avant, qui est disposée en avant du centre de gravité (G) dudit aéronef (AC) et qui se termine vers l'avant par un nez arrondi, la surface longitudinale supérieure et la surface longitudinale inférieure de ladite pointe avant engendrant respectivement une force portante et une force déportante, dont la résultante est portante et produit un moment à cabrer auxiliaire, caractérisé en ce qu'on conforme ladite pointe avant (2.I) pour augmenter ladite résultante portante (R'). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on augmente ladite surface longitudinale supérieure (2A.I) de ladite pointe avant (2.I), de manière à augmenter ladite force portante (Fp'). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour augmenter ladite force portante (Fp'), on optimise la courbure de ladite surface longitudinale supérieure (2A.I), afin d'accroître la vitesse d'écoulement du flux d'air sur cette dernière. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on réduit ladite surface longitudinale inférieure (2B.I) de ladite pointe avant (2.I), de manière à diminuer ladite force déportante (F'd). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour diminuer ladite force déportante (F'd), on optimise la courbure de ladite surface longitudinale inférieure (2B.I), afin de réduire la vitesse d'écoulement du flux d'air sur cette dernière. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour augmenter ladite résultante portante (R'), on déplace verticalement vers le haut ledit nez (3.I) de ladite pointe avant (2.I). 7. Aéronef, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le procédé tel que spécifié sous l'une des revendications 1 à 6.