Brevet FR2942773A1 — publié le 20100910

La présente invention concerne un dispositif destiné à la propulsion d'un avion avec deux moteurs couplés mécaniquement à une simple ou une double hélice, l'ensemble moteurs hélice, ou hélices, étant disposé dans l'axe de la cellule de l'avion, et non sur les ailes, comme sur un bimoteur conventionnel. Dans la conception d'un avion bimoteur les moteurs thermiques à explosion ou turbopropulseurs font partie intégrante des ailes de l'avion. De ce fait le calcul de l'aile doit tenir compte des contraintes mécaniques impliquées par l'ajout du moteur. De même l'emplanture de l'aile à la cellule de l'avion, que cette aile soit constituée d'une seule pièce, ou de deux ailes, droite et gauche, devra tenir compte de certaines contraintes mécaniques liées à cette conception. Il est bien évident que l'aile d'un avion monomoteur ne supporte pas les mêmes contraintes que celle d'une aile de bimoteur. L'incorporation d'un moteur de quel type qu'il soit à une aile d'avion doit tenir compte et du poids de ce dernier et de divers efforts qui vont soumettre cette aile à la flexion, torsion, traction; compression et cisaillement. Ces contraintes mécaniques doivent répondre à un coefficient de sécurité concevable avec les matériaux utilisés. Du fait de l'intégration de l'élément moteur la conception de cette aile, par la logique même, est différente d'une aile d'un avion monomoteur où ce dernier se trouve implanté dans la cellule même de l'avion en avant du cockpit. L'action de l'hélice, couple gyroscopique, couple moteur, vibrations etc... se produisent dans l'axe de l'avion ou axe de roulis. Le cas est totalement différent pour un avion bimoteur. L'arrêt d'un moteur, par exemple moteur droit, particulièrement lors des phases d'atterrissage ou de décollage peut créer une situation critique voir dangereuse du fait d'un effet de couple du moteur gauche qui va nécessiter de �mettre du pied� et utiliser le palonnier, donc la gouverne de direction pour contrer un effet de lacet qui va générer un effet de roulis induit faisant s'incliner l'avion dans le sens du virage. Ces effets sont d'autant plus importants que la puissance des moteurs et la vitesse de l'avion est élevée. Virage et inclinaison sont mal venus, déséquilibrant l'avion lors d'une de ces phases de vol des plus critiques. Ce même problème en altitude n'engendre de ce fait pas les mêmes dangers car il laisse du temps, et de l'espace du fait de l'altitude pour contrer et équilibrer les forces. Le pilotage d'un bimoteur est intrinsèquement différent d'un monomoteur à tel point qu'une qualification du type est obligatoire et qu'il est impératif d'enseigner l'arrêt d'un moteur pour apprendre à contrer les réactions induites... tant en vol, qu'en phase d'atterrissage, ou de décollage. Le fait de disposer les deux moteurs dans la cellule, et que ces derniers actionnent, une seule ou deux hélices, dans l'axe de l'avion, ne justifierait plus une qualification de type bimoteur car les phénomènes des déséquilibres induits lors d'un arrêt moteur n'induirait plus de déséquilibre de vol. Enfin les contraintes mécaniques impliquées aux ailes lors d'un atterrissage brutal, ainsi qu'à leur emplanture peuvent rapidement être à la limite de la sécurité, cela étant d'autant plus critique pour un bimoteur que pour un monomoteur. L'ensemble de ces contraintes mécaniques impliquent la nécessité des contrôles périodiques et des révisions générales imposées pour tout type d'avion. Pour des questions de puissance, comparée au poids, au volume du moteur; ainsi qu'à leur fiabilité, les turbopropulseurs ont tendance à remplacer les moteurs thermiques à explosion. De ce fait, des avions monomoteur approchent des vitesses que seuls les avions à réaction pouvaient atteindre il y a quelques années. Ce type de moteur turbopropulseur est particulièrement adapté au couplage de deux moteurs pour réaliser un avion bimoteur sans nécessiter de disposer ces derniers sur le plan de la voilure. Le dispositif selon l'invention, permet de remédier aux inconvénients des moteurs implantés dans les ailes pour réaliser un bimoteur. 1/- Il comporte, selon une première caractéristique, l'intégration, non pas dans les ailes de deux turbopropulseurs, mais dans la partie postérieure de la cellule, voir à l'extérieur de celle-ci, tout comme on le fait pour des réacteurs. Il laisse court à une aile, basse, ou haute, mais surtout à l'allégement des ces dernières qui n'ont plus à supporter les contraintes des moteurs qui imposaient une conception plus lourde pour assurer un coefficient de sécurité compatible à cette conception. 2/- Que les turbopropulseurs soient disposés à l'intérieur de la cellule dans la partie postérieure ou à l'extérieur de cette dernière comme on le fait avec des réacteurs lesdits turbopropulseurs sont couplés mécaniquement à une ou deux hélices qui elle se situe dans l'axe de la cellule au dessus de la queue du fuselage. 3/- En cas de panne d'un moteur il n'y a plus de déséquilibre du au couple moteur puisque 30 se dernier se situe dans l'axe de l'avion, ou axe de roulis, que l'on utilise une ou deux hélices. 4/- La gouverne de direction et de profondeur se situent en position latérale à l'hélice, ou aux deux hélices, car on utilise un empennage dit empennage �Papillon�, empennage ouvert vers le haut; comme on peut en voir sur des avions d'entraînement du type: Fouga Magister. Dans ce type chacune des partie du �V� fait fonction de gouverne de direction et de profondeur. 5/- Une autre version comporte une partie horizontale de part et d'autre de la cellule sert de gouverne de profondeur. A l'extrémité de ces dernières une partie verticale inclinée en �V� sert de gouverne de direction. Un modèle approchant compose l'avion de chasse américain �Rapton>, si ce n'est que les gouvernes de direction et de profondeur sont décalées sur le plan longitudinal . 6/- La ou les hélices peuvent être disposées dans un carénage, sorte de tuyère cylindrique présentant l'avantage de limiter les perturbations que le souffle de cette ou ces dernières pourraient créer et influencer sur les gouvernes de type �papillon�. 7/- La sortie arbre du turbopropulseur est désaccouplé de la transmission de quelque type qu'elle soit en cas de défaillance ( ratées moteur, surchauffe, arrêt etc...). Désaccoupler permet aussi une plus grande facilité de démarrage ou redémarrage du turbopropulseur. L'hélice qui n'est plus entraînée se positionne automatiquement en �drapeau� afin de n'avoir pas de prise au vent relatif La transmission de puissance, turbopropulseurs, arbres d'hélice, ou d'hélices, peut être assurée par tout type de transmission mécanique: courroies, chaînes, pignons, hydraulique par transmission hydrostatique type qui a fait ses preuves en particulier au niveau des engins de travaux publics. Le fait de l'altitude, dépression et température ne sont plus d'éléments insurmontables du fait des nouvelles technologies. La présente invention sera mieux comprise à l'aide d'un modèle de réalisation, 25 représenté schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels les dessins annexés illustrent l'invention. Planche 1/6 Fig 1 Représentation schématique d'un avion bimoteur (1) sur lequel deux moteurs (2) turbopropulseurs ou à explosion entraînent deux hélices (3). L'ensemble moteurs (2) et 30 hélices (3) sont disposés sur les ailes (4). Il est de ce fait tout à fait concevable qu'en cas d'arrêt d'un des moteur et l'autre continuant de fonctionner l'avion (1) aura tendance à décrire un cercle entraîner par le moteur en fonctionnement. De même il est aisé de comprendre que contrairement à un avion avec un seul moteur placé dans la cellule il sera nécessaire de prendre en compte dans le calcul des ailes et de leur emplanture à la cellule, afin de respecter certaines valeurs de coefficients de sécurité, en fonction des matériaux employés, des différentes contraintes de poids, vibrations, flexion, torsion, traction, compression et cisaillement. Planche 2/6 Fig 2 Vue schématique de profil d'un avion bimoteur (1) ou (c) est le centre de poussée de l'aile (4). L'angle de calage (a) est défini à la construction (angle de la corde de profil avec l'axe de l'avion), (b) indique le déport du moteur (2) par rapport au centre de poussée (c) de l'aile (4). Fig 3 Vue identique à (Fig 2) ou l'angle de calage (a+) subit par torsion une variation positive. Fig 4 identique à (Fig 3) l'angle de calage (a-) subit par torsion une variation négative. L'ensemble de variations de l'angle (a) par torsion de l'aile (4) est particulièrement due au déport (â) du moteur (2) par rapport au centre de poussée (c) de l'aile (4). Les variation (a+ et a-) sont très faibles elles peuvent être à l'origine de manoeuvres brutales telles que ressources ou abattées brusques et bien entendu d'un choc à l'atterrissage. Planche 3/6 Fig 5 Vue schématique d'un avion bimoteur (1) à aile basse avec deux moteurs (2) placés 20 sur une aile en forme de dièdre positif d'un angle (fi). Fig 6 Identique à la Fig 5 avec une variation positive de l'angle du dièdre (fi+) de l'aile par exemple lors d'une abattée brutale. Fig 7 Figure identique mais avec une variation négative de l'angle du dièdre (fi-) par exemple lors d'une ressource brutale. 25 Les variations (fi+) et (fi-) peuvent se produire indifféremment sur l'aile droite (fi+) ou gauche (fi-) ou l'inverse par exemple lors d'une vrille. L'ensemble des variations décrites Fig 1-2-3-4-5-6-7 sont destinées à montrer l'influence des contraintes mécaniques qui doivent êtres prises en compte dans le calcul des ailes et de la cellule d'un avion bimoteur dont les moteurs (2) sont implantés dans la 30 voilure, (comparativement à un avion monomoteur). Afin de simplifier et les dessins et le texte, dans tous les plans et toutes les figures, les turbopropulseurs sont disposés cote à cote. Un est représenté en pointillé, non pour définir sa position en avant ou en arrière de l'autre, mais pour indiquer qu'il y a bien deux turbopropulseurs cote à cote et sur un même plan longitudinal Les turbopropulseurs (6 et 7), qu'ils entraînent une seule hélice, (3) ou deux hélices des lors que survient une quelconque avarie, ratées, perte de vitesse, voir arrêt, pour quelque cause que ce soit sont en tout état de cause automatiquement débrayés et désaccouplé de l'arbre de transmission (8) de quelque type qu'il soit. Désaccoupler permet aussi une plus grande facilité de démarrage ou redémarrage du turbopropulseur. L'hélice qui n'est plus entraînée afin de n'avoir pas de prise au vent relatif se positionne en �drapeau� automatiquement. La transmission de puissance, turbopropulseurs, arbres d'hélice, ou d'hélices, peut être assurée par tout type de transmission mécanique: courroies, chaînes, pignons, hydraulique par transmission hydrostatique; type qui a fait ses preuves en particulier au niveau des engins de travaux publics. Le fait de l'altitude, dépression et température ne sont plus d'éléments insurmontables du fait des nouvelles technologies. Planche 4/6 Fig 8 Vue schématique de profil d'un avion bimoteur équipé de deux turbopropulseurs (6) et (7) disposés dans un carénage (9) et non plus sur les ailes (4) solidaire d'un mat type dérive (10) et dont l'arbre (8) entraîne une hélice (3). L'ensemble est solidaire d'un support de type dérive. Les commandes de direction et de profondeur font appel à une gouverne de type �Papillon� ce sont les éléments mobiles des bras du �V� (5) qui commandent direction et profondeur. Cette gouverne �Papillon� est solidaire d'un plan porteur et le bras du �V� (5) se trouvent de ce fait à l'extérieur du diamètre de rotation de pâles de l'hélice. Fig 9 Vue de l'arrière de la représentation d'un bimoteur (l) de la Fig 8 par laquelle on peut voir les deux éléments du �V� (5) de la gouverne �Papillon� qui il faut le rappeler assure la commande de direction et de profondeur. Les 2 turbopropulseurs (6 et 7) dans leur carénage (9) solidaire du support type dérive (10) lui même solidaire de la cellule de l'avion (1) ainsi que la position de l'hélice multipales (3) qui tourne entre les deux dérives en �V�(5) de la gouverne �papillon�. L'ensemble gouverne papillon pour ne pas se trouver dans le flux de ou des hélices (3) est solidaire d'un plan permettant aux éléments en �V�(5) de la gouverne d'être hors du souffle de l'hélice (3). Fig 10 Vue amère idem à Fig 9 toutefois la gouverne de profondeur est assurée par les plans (13) et la gouverne de direction par les plans (12). Le plan (13) est beaucoup plus large de ce fait le souffle de l'hélice ou des hélices même sans carénage à effet tuyère (14) ne peut perturber le plan de dérive de direction (12) lors de virage un peu serré... Le chasseur �Rapton> américain possède un plan un peu identique mais lui n'a pas le souffle généré par l'hélice; même s'il a d'autres problèmes plus pointus à gérer. Fig 11-12-13-14 Représentation schématique des différentes implantations possibles des turbopropulseurs. Planche 5/6 Fig 11 L'ensemble des turbopropulseurs (6 et 7) peuvent être en partie implantés dans la de la cellule. Des cloisons pare feu (11) assurent de tout risque de propagation d'un éventuel danger d'incendie. L'hélice, ou les hélices, ainsi que l'arbre porte hélice (8) se trouve intégrés à une dérive (10) solidaire de la cellule de l'avion et supportant l'arbre et l'hélice ou les hélices 3 . La transmission de puissance est représentée symboliquement par une double liaison (15). L'ensemble hélice (3) arbre (8) transmission (15) font partie intégrante de la dérive support (10). Les deux dérives, profondeur et direction, type �gouverne papillon� (5) se trouvent de part et d'autre de l'ensemble de propulsion et hors de passage de, ou des hélices, (3). Fig 12 Représentation identique à la fig 1 l sauf que l'ensemble turbopropulseurs 6 et 7 se trouve totalement dans la cellule de l'avion. Planche 6/6 Fig 13 Représentation où le dispositif de propulsion comprenant les deux turbopropulseurs (6 et 7) font partie intégrante de la dérive (10) l'un le turbopropulseur (6) par exemple se trouvant à gauche de la dérive (l0) et l'autre le 7) à droite. l'ensemble se trouvant sous un carénage (9). Fig 14 Représentation identique la Figl3 sauf que l'ensemble des deux turbopropulseurs (6 et 7) sont intégrés dans la base de la dérive support (10). La figure représente une transmission ((8) entraînant deux hélices (3). Ces hélices (3) se trouvent intégrées dans un carénage faisant office de tuyère (14). De ce fait les plans de gouvernes de direction et profondeur de la gouverne papillon (5) sont exempts du souffle de ou des hélices (3). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la réalisation d'un avion bimoteur sans les inconvénients des moteurs disposés dans la voilure mais tout comme dans un monomoteur. La qualité de vol n'impliquant aucune contrainte particulière en cas de panne d'un moteur puisque la propulsion à lieu dans l'axe de l'avion ou axe de roulis ne créant aucune gène si ce n'est comme dans tout les cas une perte de puissance mais aucune contrainte de déséquilibre de vol à contrer. REVENDICATIONS1/ Dispositif destiné à la propulsion d'un avion avec deux turbopropulseurs (6 et 7) couplés mécaniquement à une simple ou une double hélice (3), l'ensemble moteurs hélice, ou hélices, étant disposé comme sur un monomoteur dans l'axe de la cellule (1) de l'avion, et non sur les ailes comme sur un bimoteur. 2/ Que les turbopropulseurs (6-7) soient disposés à l'intérieur de la cellule (1), dans la partie postérieure, ou à l'extérieur de cette dernière: comme on le fait avec des réacteurs, lesdits turbopropulseurs (6-7) sont couplés mécaniquement (8) par tout type de transmission mécanique: courroies, chaînes pignons, voir hydraulique ou hydrostatique à une ou deux hélices (3) qui elle se situe dans l'axe de la cellule, au dessus de la queue du fuselage. 3/ En cas de panne d'un turbopropulseur (6 ou 7) il n'y a plus de déséquilibre du au couple moteur puisque se dernier se situe dans l'axe de l'avion, ou axe de roulis, que l'on utilise une ou deux hélices (3). Si un turbopropulseur est arrêté son hélice (3) se positionne automatiquement en � drapeau�. 4/ La gouverne de direction et de profondeur se situent en position latérale à l'hélice , ou aux deux hélices (3), car on utilise un empennage dit empennage �Papillon� (5), empennage ouvert vers le haut en forme de �V�. Dans ce type, chacune des parties du �V� fait fonction de gouverne de direction et de profondeur. 5/ Une version comporte un plan fixe horizontal (13) de part et d'autre de la cellule (1) qui comporte les gouvernes de profondeur. A l'extrémité de ce plan fixe (13) une partie verticale inclinée en �V� (12) sert de gouverne de direction. 6/ Les hélices (3) peuvent être disposées dans un carénage (14), sorte de tuyère cylindrique présentant l'avantage de limiter les perturbations crées par le souffle de ou des hélices (3) et pouvant influencer sur les gouvernes de type �papillon� (5). 7/ La sortie arbre du turbopropulseur est débrayée et désaccouplée de la transmission de quelque type qu'elle soit (8) en cas de défaillance ( ratées moteur, surchauffe, arrêt etc...). L'hélice (3) qui n'est plus entraînée se positionne automatiquement en �drapeau� afin de n'avoir pas de prise au vent relatif. 8/ Les turbopropulseurs ( 6 et 7 ) sont positionnés cote à cote sur un même planlongitudinal qu'il soient à l'intérieur de la cellule (1), de la dérive support (10), sous l'arbre de transmission (8), de, ou des hélices (3) dans un carénage (9) faisant partie de la dérive support (10). Des cloisons pare feu (11) sont disposées dans la cellule pour limiter tout risque d'incendie.5