Brevet FR2972422A1 — publié le 20120914

Domaine technique La présente invention concerne le domaine du parapente et de façon plus générale les domaines utilisant une voilure creuse qui doit être maintenue en pression interne sur une large plage d'angle d'incidence. Etat de la technique Le parapente est constitué d'une voilure creuse dont la tenue structurelle dépend de la surpression interne. Pour maintenir en pression la voilure d'un parapente, un mode réalisation communément utilisé consiste à ménager une ouverture dans le profil, qui agit comme une prise de pression, non loin du point d'arrêt de l'écoulement. Cependant, la position -de cette ouverture-est bordée par des nécessités de qualité de vol entre les petits angles d'incidences de vol (de l'ordre de 1 degré) et les grands angles d'incidence de vol (de l'ordre de 20 degrés). Si l'ouverture se situe trop vers l'avant, la surface des panneaux formant le bord d'attaque se trouve réduite et sa résultante aérodynamique vers l'avant est diminuée, entrainant de moins bonne capacité à la remise en vol normal en cas de sortie du domaine de vol par parachutage et un coefficient de portance maximal plus bas. A l'opposé, si l'ouverture se situe trop vers l'arrière, le point d'arrêt se retrouve en avant de l'ouverture et la pression interne n'est pas assez haute aux faibles angles d'incidence. En conséquence la structure de la voilure est plus fragile en vol aux faibles angles d'incidence. Une autre conséquence est que le profil s'écrase dans la région autours du point d'arrêt, là où la pression externe est supérieure à la pression interne. Le brevet WO 0183296 décrit une solution pour renforcer le bord d'attaque et limiter cet écrasement. Pour ce mode de réalisation, la position de l'entrée d'air est donc un compromis entre les inconvénients que présentent les grands angles d'incidence de vol et les inconvénients que présentent les petits angles d'incidence de vol. Une solution pour améliorer quelque peu la pression interne dans toute la plage d'angle d'incidence consiste à créer une ouverture suffisamment large L. pour créer un effet d'écope dans laquelle l'écoulement s'enfonce et est ralenti de sorte que la pression interne est plus élevée. Ceci a pour inconvénient de générer une trainée parasite par le fait du décollement de l'écoulement en bordure de l'ouverture. Une autre solution décrite dans le brevet DE 3729934 consiste à créer une discontinuité dans le profil au niveau de l'ouverture en retrait du bord d'attaque, de sorte que l'ouverture se présente davantage face à l'écoulement, créant ainsi une poche de fort ralentissement de l'écoulement, donc une meilleure pression interne aux faibles angles d'incidence, sans qu'il soit besoin de placer l'ouverture trop près du bord d'attaque. Néanmoins, aux très grands angles d'incidence, quand la circulation au bord d'attaque est inversée, la pression interne peut s'avérer fortement réduite par l'accélération de l'écoulement à proximité de l'ouverture, du fait de sa mauvaise orientation par rapport au sens de l'écoulement. Un autre inconvénient de cette solution est de créer une trainée parasite élevée, d'une part par le décrochage de l'écoulement en bordure inférieure de l'ouverture et d'autre part par l'orientation défavorable de l'entrée d'air en_ surpression face à l'écoulement. Une autre solution utilisée consiste à créer une seconde ouverture sur le bord d'attaque avec une valve empêchant le reflux de l'air de l'intérieur vers l'extérieur de la voilure. Le but de cette solution est d'améliorer la pression interne aux faibles angles d'incidence par une prise de pression plus en avant sur le bord d'attaque, au niveau du point d'arrêt correspondant aux faibles angles d'incidence de vol. Cependant l'efficacité d'une telle ouverture additionnelle est limitée par le fait que l'ouverture principale reste ouverte et permet une sortie de l'air, de sorte qu'une circulation d'air s'établie entre les deux ouvertures, limitant considérablement l'apport de pression et générant une forte trainée parasite. Un autre inconvénient de cette solution est que l'ouverture avant augmente la rugosité de surface du bord d'attaque, qui dégrade en retour les qualités de vol aux très grands angles d'incidence. Les qualités de vols aux très grands angles d'incidence sont également dégradées si l'étanchéité de la valve n'est pas parfaite. 2972422 Exposé de l'invention C'est pourquoi, le but de l'invention est de fournir une voilure creuse 5 dont le profil peut conserver une pression interne élevée sur toute la plage d'angle d'incidence de vol sans altérer la forme optimale du bord d'attaque, tout en générant une très faible trainée parasite. L'objet de l'invention est une voilure creuse dont le profil présente un renfoncement dans l'intrados disposé de façon à créer une zone de 10 ralentissement du flux sans décollement. Cette zone de ralentissement permet de créer une zone de surpression stable qui ne migre pas en fonction de l'angle d'incidence. La stabilité de la zone de surpression en fonction de l'angle d'incidence permet de disposer une ouverture de prise de pression de faibles dimensions et de faible trainée parasite car il n'est alors nullement besoin 15 d'utiliser l'effet d'écope d'une ouverture de grandes dimensions ou l'effet de blocage d'une ouverture orientée davantage face à l'écoulement. Un autre a tantage_d_e_rinvention, du fait-de-la-faible taille nécessaire de l'ouverture et de sa situation dans un renfoncement, est de permettre d'utiliser une valve empêchant le reflux de l'air de l'intérieur vers l'extérieur de la voilure. 20 De par sa position en aval du bord d'attaque et dans un écoulement très ralenti, cette valve ne génère pas davantage de trainée parasite et ne vient pas dégrader l'écoulement sur le bord d'attaque aux très grands angles d'incidence. 25 Description brève des dessins Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faites en référence aux dessins dans lesquels : Les figures 1 et 2 sont des vues en isométrie et en projection de deux caissons qui forment une partie de la voilure d'un parapente. La figure 3 est une vue d'un profil de la voilure d'un parapente selon 35 l'état de l'art utilisant une ouverture de prise de pression dans la continuité d'un 30 profil, avec une représentation schématique de l'écoulement au niveau de l'ouverture. La figure 4 est un graphique représentant les coefficients de pression (Cp) appliqués à l'intrados du profil de la figure 3, avec en abscisse le pourcentage de la corde et en ordonnée le coefficient de pression. La figure 5 est une vue d'un profil de la voilure d'un parapente selon l'état de l'art utilisant une ouverture créant une discontinuité dans le profil, avec une représentation schématique de l'écoulement au niveau de l'ouverture. La figure 6 est une vue du même profil que celui de la figure 5 avec une représentation schématique de l'écoulement au niveau de l'ouverture à un très grand angle d'incidence. La figure 7 est une vue du profil de la voilure d'un parapente selon l'invention. La figure 8 est une vue du même profil que celui de la figure 7 avec une 20 représentation schématique de l'écoulement au niveau de l'ouverture. La figure 9 est un graphique représentant les coefficients de pression (Cp) appliqués à l'intrados du profil de la figure 8. 25 Les figures 10a et 10b sont des vues projetée et isométrique d'un caisson de la voilure d'un parapente selon l'invention utilisant une valve interne. Les figures 11a et 11b sont des vues projetée et isométrique de l'intérieur de deux caissons d'un parapente selon l'invention utilisant une valve 30 formée par le ballonnement des peaux d'intrados. Un caisson est représenté valve ouverte et l'autre caisson est représenté valve fermée. 2972422 Description détaillée de l'invention Afin de faciliter la compréhension de la description qui suit, on utilisera le terme profil comme étant une coupe dans la voilure d'un parapente selon un 5 plan parallèle à l'écoulement et perpendiculaire à la voilure. L'avant caractérise une position amont dans l'écoulement; l'arrière caractérise une position aval dans l'écoulement le long du profil. L'intrados du profil de la voilure désigne la partie inférieure, l'extrados du profil de la voilure désigne la partie supérieure. Les adjectifs amont et aval sont utilisés en référence au sens de l'écoulement 10 d'air autours du profil. Le terme largeur d'ouverture est utilisé pour désigner la taille de l'ouverture dans le plan du profil. Le terme de largeur de caisson est utilisé pour désigner la distance entre les deux nervures parallèles qui le délimitent. Le bord d'attaque désigne la partie avant du profil. La voilure d'un parapente est formée d'une juxtaposition de caissons 1 15 maintenus en surpression interne pendant le vol et suspendus au dessus du pilote par l'intermédiaire de suspentes 6. Un exemple de deux caissons extrait de la voilure d'un_ parapente selon l'état de l'art est représenté dans les-figures 1 et 2. Chaque caisson 1 est délimité par deux nervures 2, un panneau supérieur 3 et un panneau inférieur 4. Dans la zone avant du profil, en intrados, les panneaux 3 et 4 sont séparés par un espace formant une ouverture 5 servant de prise de pression pour maintenir une surpression à l'intérieur des caissons. Les suspentes 6 permettent de transférer la charge du pilote jusqu'à la nervure 2. La nervure 2 est approximativement disposée parallèlement à l'axe de l'écoulement 15. Les figures 3, 5, 6, 7 et 8 représentent des vues en coupe perpendiculaire à un caisson parallèle à l'écoulement et passant par le point 7 de plus grande largeur de l'ouverture du caisson. Selon un mode de réalisation le plus communément utilisé dans le domaine du parapente, l'ouverture 5 est disposée dans la continuité d'un profil biconvexe 8 (figure 3), entre le panneau supérieur 3 et le panneau inférieur 4, à un emplacement proche du point d'arrêt de l'écoulement 9 de façon à transmettre une surpression à l'intérieur du caisson 1. Cependant, en fonction de l'angle d'incidence sur le profil 8, le point d'arrêt 9 et la zone de surpression qui l'entoure se déplace le long du profil. Le graphique de la figure 4 représente le coefficient de pression sur l'intrados du profil 8, rapportée en pourcentage de la corde 10 ayant pour origine son point avant 19, en fonction de l'angle d'incidence . Aux plus faibles angles d'incidence de vol, angles de l'ordre de 1 degré, la courbe 13 des Cp montre un point d'arrêt 9 à environ à 0% de la corde, à proximité du point 19. Aux plus grands angles d'incidence de vol, angles de l'ordre de 20 degrés, la courbe 14 des coefficients de pression montre un point d'arrêt 9 à environ 7% du profil. La courbe 16 représente la courbe des Coefficients de pression pour un angle d'incidence intermédiaire de 10 degrés. On peut noter que le coefficient de pression maximal est toujours dans la zone du point d'arrêt et est toujours égal à 1. L'ouverture 5 doit se situer dans une zone de compromis comprise entre les deux valeurs extrêmes de migration du point d'arrêt 9. Le bord avant de l'ouverture 5 ne peut être placé trop en avant dans le profil, sous peine de réduire la surface du bord d'attaque et donc de diminuer sa résultante aérodynamique vers l'avant normalement générée aux grands angles d'incidence de vol. Pour cette raison, la position maximale avant communément utilisée pour le bord avant 8a de l'ouverture 5 est de l'ordre 1% de la corde. Le bord arrière 813 de l'ouverture 5 ne peut être placé trop en arrière dans le profil sous peine de diminuer la pression interne dans la voile et d'augmenter-considérablement la trainée aux faibles angles d'incidence de vol. Pour ces raisons, la position maximale arrière communément utilisée pour le bord arrière 8b de l'ouverture 5 est de l'ordre de 5% de corde. II est important que le coefficient de pression interne aux caissons du parapente soit supérieur à environ 0.5. Selon ce mode de réalisation, il n'existe pas de position idéale le long de la corde qui reçoive un coefficient de pression supérieur à 0.5 sur toute la plage d'angle d'incidence de vol entre 1 et 20 degrés. Afin de garder une bonne efficacité de prise de pression à travers cette plage d'angles d'incidence de vol, la largeur 11 de l'ouverture 5 n'est donc communément pas inférieure à 2% de la corde. En effet, la largeur moyenne 11 permet de déformer l'écoulement le long du profil qui rentre en partie à l'intérieur de la forme du profil 8, ceci ayant pour effet de ralentir le flux le long des lignes de courant 12 proches de la voile, et donc d'augmenter le coefficient de pression local en bordure de l'ouverture et à l'intérieure de la voilure. Cependant, cela a aussi pour inconvénient de créer une trainée parasite, de par l'orientation vers l'avant de l'ouverture 5 et de par l'éventuel décollement de l'écoulement en bordure arrière 813 de l'ouverture 5. Selon un autre mode de réalisation communément utilisé (figure 5), une ouverture 20 est disposée dans un profil 25 en discontinuité avec la courbe des panneaux supérieur 21 et inférieur 22, afin d'orienter l'ouverture 20 davantage face à l'écoulement. Cette orientation a pour effet d'améliorer la prise de s pression et de créer une moindre variation du coefficient de pression interne sur la plage d'incidences de vol entre 1 et 20 degré. Cependant, aux très grands angles d'incidence autours de 90 degrés, correspondant à une situation de vol parachuta) du parapente, l'écoulement sur la zone de l'ouverture 20 est inversé (figure 6). La prise de pression est alors très peu efficace du fait de l'accélération 10 de l'écoulement à proximité du bord 23 de l'ouverture 20, et du décollement de l'écoulement qui s'en suit. Selon un mode de réalisation de l'invention (figure 7), une ouverture 30 dans un caisson 39 est disposée au sein d'un renfoncement 31 aménagé dans 15 l'intrados du profil 32, préférentiellement dans la partie avant. L'ouverture 30 est comprise entre son bord le plus en avant 36 et son bord le plus en arrière 37 (figure 6). On définitla droite 35 comme étant la-droite-qui touche la ligne extérieure de l'intrados du profil 32 en deux points de contact 33 et 34 sans couper ladite ligne. Le renfoncement 31 est alors géométriquement définit 20 comme étant la zone de l'intrados du profil située entre les points 33 et 34. Le parapente selon ce mode de réalisation de l'invention dispose d'une nervure 50 dont la ligne de périphérie a une forme similaire au profil 32. La nervure 50 est rigidifiée par des tiges courbées 51 et 52 sur sa périphérie. De manière à bien rigidifier le renfoncement 31, les tiges 51 et 52 se croisent en un 25 point de rebroussement 53 du renfoncement 31. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, toujours pour rigidifier le renfoncement 31, les tiges 51 et 52 sont confondues en une même tige qui fait une boucle dont le croisement se situe au niveau du point de rebroussement 53. L'ouverture 30 se situe préférentiellement autours du point de rebroussement 31 à environ 5 ou 6 % de 30 la corde du profil en arrière du bord d'attaque, de façon à ne pas perturber l'écoulement au bord d'attaque aux très grands angles d'incidence. Le profil rappelle alors la forme de profil d'un nez de requin (shark nose). La forme du profil 32 au niveau du renfoncement peut également être en continuité de courbure tout en restant dans le domaine de l'invention. Dans ce cas, le profil dispose d'une forme concave délimitée par deux points d'inflexion. La situation de l'ouverture 30 au sein du renfoncement 31 (figure 8) s permet d'augmenter significativement la pression dans la voile en décélérant fortement l'écoulement en amont de l'ouverture par un desserrement progressif des filets d'air 38, suivi d'un raccompagnement de l'accélération de l'écoulement en aval de l'ouverture 30. La partie avant du renfoncement 31 entre les points 33 et 36 doit permettre de desserrer les filets d'air de l'écoulement sans le décoller. 10 La partie arrière du renfoncement 31 entre les points 37 et 34 doit permettre de raccompagner progressivement l'écoulement pour repousser les basses pressions derrière l'ouverture sans décoller l'écoulement et sans générer de trainée parasite. Afin que ce renfoncement soit effectif pour la prise de pression au niveau 15 de l'ouverture et ne génère que peu de trainée, il est important que les distances entre les points 33 et 36 et entre les points 37 et 34 soit chacune au moins supérieur à_ la moitié de la distance entre les points 36 et 37, c'est-à-dire la largeur 80 de l'ouverture. Selon ce mode de réalisation de l'enfoncement, l'orientation de l'ouverture plus parallèle à l'écoulement est favorable à une plus 20 faible trainée parasite. La réalisation de l'ouverture selon l'invention au sein du renfoncement 31 permet de garder un coefficient de pression interne élevé sur toute la plage des angles d'incidence de vol de 1 à 20 degrés. De plus, la zone de pression favorable ne migre pas en fonction de l'angle d'incidence de vol, de sorte que 25 l'on peut disposer une ouverture de largeur très réduite, inférieure à 1% de la corde sans perdre en efficacité de prise de pression. La figure 9 montre la courbe des coefficients de pression locaux le long de la corde en pourcentage de corde pour 1 degré d'incidence (courbe 40) pour 10 degré d'incidence (courbe 41) et pour 20 degré d'incidence (courbe 42). La zone de surpression favorable 43 au 30 sein du renfoncement 31 reste stable en position sur l'intrados de sorte que l'on peut limiter la taille de l'ouverture 30. Aux faibles angles d'incidence, la courbe des coefficients de pression 40 montre un point d'arrêt très en avant sur le profil, à environ 0% de la corde, comme sur un profil conventionnel, mais au lieu que la pression diminue ensuite régulièrement, comme sur un profil biconvexe 35 ordinaire, le renfoncement permet d'obtenir un deuxième pic de pression 44 plus en arrière et pouvant atteindre un très bon coefficient de pression de l'ordre de 0.75. La variation totale 49 du coefficient de pression au niveau de l'ouverture 30 ne dépasse pas 0.25. Par ailleurs, le profil du parapente selon l'invention garde également un très bon coefficient de pression au niveau de l'ouverture en cas de très grands angles d'incidence de l'ordre de 90 degrés, y compris en cas de circulation d'air inversée au niveau de l'intrados du bord d'attaque. Ceci permet d'obtenir de bons comportements du parapente en vol parachutal et au gonflage de la voilure au décollage. Selon un autre mode de réalisation de l'invention (figure 10a et figure 10b), l'ouverture 60 forme une valve 68 qui empêche le reflux de l'air de l'intérieur vers l'extérieur du caisson 61. Cette valve peut être réalisée en prolongeant les panneaux supérieur 62 et inférieur 63 vers l'intérieur du caisson et en les rejoignant sur les droites 64 des nervures 66 et 67. De cette manière, lorsque la pression interne au caisson 61 devient supérieure à la pression extérieure au niveau du renfoncement 65, par le fait d'une turbulence, les panneaux supérieurs 61 et inférieurs _62_entrent en contact et formeune valve étanche. Selon un autre mode de réalisation de l'invention (figure 11a et figure 11b), l'ouverture 70 forme également une valve qui empêche le reflux de l'air de l'intérieur vers l'extérieur du caisson 71. Cette valve est réalisée en faisant se rejoindre les panneaux supérieur 72 et inférieur 73 au niveau du point de rebroussement 74 du renfoncement 75, sur la nervures 76. Les panneaux 72 et 73 ont de plus une certaine surlongueur par rapport à la largeur du caisson 71 de manière à former un ballonnement vers l'intérieur du caisson 71 lorsque la pression extérieure au niveau du renfoncement 75 est supérieure à la pression interne au caisson 71. Lorsque la pression interne au caisson 71 devient supérieure à la pression extérieure au niveau du renfoncement 75, le ballonnement des panneaux 72 et 73 s'inverse vers le bas et les bords des panneaux supérieurs 72 et inférieurs 73 entrent en contact de façon à former une valve étanche. Bien que la description de l'invention se soit limitée au domaine du parapente, cette invention peut également s'étendre à tous autres domaines utilisant des voilures creuses maintenues en surpression interne. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux détails de la description qui précède, de sorte qu'un certain nombre d'alternatives peuvent être ajoutées sans sortir du cadre de l'invention définit au travers des revendications suivantes.5 REVENDICATIONS1- Voilure creuse dont au moins un caisson (39) dispose d'au moins une ouverture (30) aménagée au sein d'un renfoncement (31) disposé dans l'intrados le long d'au moins un profil (32) dudit caisson, ledit renfoncement étant compris entre le point de contact avant (33) et le point de contact arrière (34) avec une droite (35) non sécante avec ledit profil, ladite voilure creuse étant caractérisée en ce que la distance mesurée le long dudit profil entre ledit point de contact avant et ladite ouverture et la distance mesurée le long dudit profil entre ledit point de contact arrière et ladite ouverture sont supérieures à la moitié de la largeur (80) de ladite ouverture le long dudit profil. 2- Voilure creuse _selon -la revendication 1, caractérisée-en ce que ladite ouverture est disposée autours d'un point de rebroussement (53) dudit profil. 3- Voilure creuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que les nervures (50) délimitant ledit caisson sont rigidifiées en leur périphérie par des tiges (51, 52) se croisant au niveau dudit point de rebroussement. 4- Voilure creuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ouverture forme une valve (68) qui empêche le reflux de l'air de l'intérieur vers l'extérieur dudit caisson. 5- Voilure creuse selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite valve est formée par la prolongation des panneaux inférieurs et supérieurs dudit caisson vers l'intérieur dudit caisson au moins jusqu'à un point de contact commun (74) sur les deux nervures délimitant ledit caisson. 6- Voilure creuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite largeur de ladite ouverture est inférieur à 1% de la corde dudit profil.