Brevet FR2976912A1 — publié le 20121228

Aéronef à voilure tournante et à voilure fixe La présente invention concerne un aéronef à voilure tournante et à voilure fixe. L'invention se situe donc dans le domaine technique particulier des giravions. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un aéronef à décollage et à atterrissage verticaux notamment apte à se poser sur une plateforme agencée en haute mer pour convoyer des passagers et des marchandises sur cette plateforme. Afin de bien comprendre l'objectif de l'invention et la spécificité du domaine technique concerné, il convient de rappeler que les principaux matériels volants correspondent aux avions et aux giravions. On désigne sous le nom d'avion tout aéronef dont la sustentation est assurée par au moins une voilure fixe dénommée couramment « aile ». L'aile peut être continue sous la forme de deux demi-ailes solidaires l'une de l'autre qui s'étendent de part et d'autre du fuselage, ou discontinue sous la forme de deux demi-ailes distinctes. Pour réduire l'envergure de la voilure fixe et diminuer la 20 traînée aérodynamique de cette aile selon une direction longitudinale de l'avion, on connaît diverses techniques. Notamment, on connaît des aéronefs munis d'au moins une aile en anneau, à savoir une aile de forme circulaire ou annulaire englobant le fuselage de l'avion. 25 Selon la littérature, une telle aile en anneau peut occasionner une instabilité en tangage. On peut se référer à l'article présent sur le réseau internet notamment le 30 mai 2011 à l'adresse suivante : « http://fr.wikipedia.org/wiki/Aile en anneau » Par ailleurs, on désigne sous le nom de giravion tout appareil dont la sustentation est assurée totalement ou partiellement par une voilure tournante. La voilure tournante comprend au moins un rotor de sustentation de grand diamètre agencé à l'aplomb du fuselage. On distingue, dans la catégorie des giravions, l'autogire dont le rotor principal ne reçoit pas de puissance, mais tourne en autorotation sous l'effet de la vitesse d'avancement de l'appareil. On trouve aussi, dans la catégorie des giravions, l'hélicoptère dont au moins un rotor principal, entraîné par une motorisation appropriée, assure à la fois la sustentation et la propulsion. L'hélicoptère est à même de se poser sur une plateforme pétrolière sans difficulté. Néanmoins, la vitesse d'avancement d'un hélicoptère classique est réduite ce qui l'empêche d'atteindre des rayons d'action importants et de fait des plateformes pétrolières éloignées des côtes. Pour y remédier, plusieurs autres formules nouvelles ont fait l'objet d'études spécifiques dont certaines ont parfois donné lieu à des réalisations pratiques. Notamment, on connaît des aéronefs munis d'une voilure tournante à l'aplomb du fuselage de l'aéronef et d'une voilure fixe pour atteindre une vitesse d'avancement relativement importante. Cependant, on note qu'à basse vitesse et notamment durant une phase de vol stationnaire, la voilure fixe présente une traînée aérodynamique selon une direction en élévation de l'aéronef non négligeable. II en résulte donc une éventuelle dégradation des performances durant de telles phases de vol. On comprend que ce problème est propre au domaine technique très restreint des aéronefs munis d'une voilure tournante à l'aplomb d'une voilure fixe. Le document WO 200$003455 propose alors un aéronef muni d'une voilure munie de demi-ailes mobiles dans un plan horizontal. Le document US 2007/095.970 décrit un aéronef muni d'une voilure munie d'une aile pivotante. Le document DE 20303024 décrit un aéronef pourvu d'un plan porteur de type canard. Le document FR 2 952 612 présente un aéronef pourvu d'une voilure fixe comprenant une aile avant et une aile arrière. La présente invention a pour objet de proposer un aéronef à voilure tournante alternatif aux solutions existantes, dont la vitesse d'avancement est élevée en vol de croisière. Selon l'invention, un aéronef est muni d'un fuselage s'étendant selon un axe de roulis d'une extrémité avant vers une extrémité arrière et selon un axe de tangage d'un premier côté vers une deuxième côté. Cet aéronef comporte une voilure tournante à l'aplomb du fuselage et une voilure fixe d'appoint, la voilure tournante étant à l'aplomb du fuselage et de la voilure fixe. De plus, la voilure fixe comprend au moins une aile comportant une première demi-aile s'étendant parallèlement à l'axe de tangage à partir du premier côté et une deuxième demi-aile s'étendant parallèlement à cet axe de tangage à partir du deuxième côté. L'invention est notamment remarquable en ce que chaque demi-aile est pourvue d'une portion sustentatrice supérieure et d'une portion sustentatrice inférieure, la portion sustentatrice inférieure d'une demi-aile étant agencée dans le sillage de la portion sustentatrice supérieure de cette demi-aile, ce sillage étant généré par un flux d'air provenant de la voilure tournante en impactant un extrados de la portion sustentatrice supérieure lorsque l'aéronef a une vitesse d'avancement inférieure à un seuil prédéterminé. On rappelle qu'un sillage correspond à une région en aval d'un obstacle disposé dans un fluide en mouvement, dans laquelle le fluide est en repos relatif par rapport à l'obstacle. Ainsi, lorsque l'aéronef effectue un vol stationnaire ou à basse vitesse, en dessous de 30 noeuds par exemple soit 55.6 kilomètres par heure environ, la portion sustentatrice inférieure d'une demi-aile se trouve dans le sillage de la portion sustentatrice supérieure de cette demi-aile. Chaque portion sustentatrice inférieure se situe dans une zone « d'ombre aérodynamique » en aval d'une portion sustentatrice supérieure dite. Par conséquent, la voilure fixe selon l'invention présente une surface minimisée impactée par le flux d'air traversant la voilure tournante. L'invention va à l'encontre des préjugés consistant à penser qu'une voilure fixe agencée dans le sillage d'une voilure tournante est susceptible d'induire une traînée aérodynamique non négligeable selon une direction en élévation de l'aéronef. En effet, ladite surface impactée par le flux d'air traversant la voilure tournante étant minimisée, la voilure fixe induit une traînée aérodynamique réduite selon la direction en élévation. L'aéronef peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui suivent. La portion sustentatrice supérieure s'étend par exemple d'une extrémité proximale supérieure agencée contre le fuselage vers une extrémité distale supérieure, la portion sustentatrice inférieure s'étendant d'une extrémité proximale inférieure à proximité du fuselage vers une extrémité distale inférieure éloignée dudit fuselage. Les termes « distale » et « proximale » sont à considérer de manière relative, une extrémité proximale étant une extrémité proche du fuselage voire accolée à ce fuselage, alors qu'une extrémité distale est une extrémité éloignée de ce fuselage. Selon une variante, la portion sustentatrice supérieure d'une demi-aile est directement fixée à la portion sustentatrice inférieure de cette aile. Ainsi, l'extrémité distale supérieure est solidarisée à l'extrémité distale inférieure. Par exemple, chaque demi-aile a une extrémité distale en forme de C. Selon une variante alternative, la portion sustentatrice supérieure d'une demi-aile est indirectement fixée à la portion sustentatrice inférieure de cette demi-aile. Par exemple, la portion sustentatrice supérieure s'étendant d'une extrémité proximale supérieure agencée contre le fuselage vers une extrémité distale supérieure, la portion sustentatrice inférieure s'étendant d'une extrémité proximale inférieure agencée à proximité du fuselage vers une extrémité distale inférieure, l'extrémité distale supérieure d'une demi-aile est solidarisée à une portion intermédiaire de la demi-aile, cette portion intermédiaire étant solidarisée à l'extrémité distale inférieure. La portion intermédiaire peut éventuellement être plane, une coupe de la demi-aile dans un plan en élévation perpendiculaire à l'axe de roulis et parallèle à l'axe de tangage étant une ligne brisée en trois morceaux. Selon un autre aspect, l'aile peut être une aile discontinue, la première extrémité proximale supérieure de la première demi-aile étant fixée au premier côté du fuselage, la deuxième extrémité proximale supérieure de la deuxième demi-aile étant fixée au deuxième côté du fuselage. L'aile peut aussi être une aile continue, la première extrémité proximale supérieure de la première demi-aile étant fixée à la deuxième extrémité proximale supérieure de la deuxième demi-aile par une portion traversante de l'aile qui traverse le fuselage parallèlement à l'axe de tangage. Selon un premier mode de réalisation, la première extrémité proximale inférieure de la première demi-aile est éventuellement fixée au premier côté du fuselage, la deuxième extrémité proximale inférieure de la deuxième demi-aile étant fixée au deuxième côté du fuselage. Selon un deuxième mode de réalisation, la première extrémité proximale inférieure de la première demi-aile étant fixée à la deuxième extrémité proximale inférieure de la deuxième demi-aile par un organe aérodynamique de l'aile, le fuselage est à l'aplomb de cet organe aérodynamique. Les demi-ailes d'une aile de la voilure fixe décrivent alors un anneau ou un segment d'un anneau allant de la première extrémité proximale supérieure de la première demi-aile à la deuxième extrémité proximale supérieure de la deuxième demi-aile. Selon un autre aspect, une aile peut comprendre au moins un bras de fixation de chaque demi-aile au fuselage pour optimiser la fixation de l'aile au fuselage. Par ailleurs, la voilure fixe peut comporter deux ailes, continues ou discontinues. Ces deux ailes peuvent être agencées de part et d'autre d'une porte d'accès latérale du fuselage par exemple. Enfin, au moins une demi-aile d'une aile peut porter un équipement, tel qu'un moyen propulsif, un réservoir de convoyage 5 ou tout autre organe. On note que chaque demi-aile peut aussi inclure des moyens de contrôle de l'aéronef, tels que des volets ou des ailerons par exemple. L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de 10 détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent : - les figures 1 à 3, des vues présentant un premier mode de réalisation de l'invention, 15 - la figure 4, une vue présentant un deuxième mode de réalisation, et - la figure 5, une vue d'une variante à deux ailes. Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence. 20 On note que trois directions X, Y et Z orthogonales les unes par rapport aux autres sont représentées sur les figures. La première direction X est dite longitudinale. L'axe de roulis des aéronefs représentés est parallèle à cette première direction. La deuxième direction Y est dite transversale. L'axe de 25 tangage des aéronefs représentés est parallèle à cette deuxième direction. Enfin, la troisième direction Z est dite en élévation. L'axe de lacet des aéronefs représentés est parallèle à cette troisième direction. La figure 1 présente un aéronef selon un premier mode de réalisation. Indépendamment du mode de réalisation et de la variante, l'aéronef 1 comprend un fuselage 2. Ce fuselage 2 s'étend le long d'un axe de roulis AXR d'une extrémité avant 3 vers une extrémité arrière 4, le long d'un axe de tangage AXT d'un premier côté 5 vers un deuxième côté 6, et le long d'un axe de lacet AXL d'une face inférieure 7 vers une face supérieure 8. On note que le premier côté peut être qualifié de côté « bâbord » selon un terme emprunté au domaine des navires, le deuxième côté pouvant alors être qualifié de côté « tribord ». De plus, l'aéronef 1 comporte une voilure tournante 9 située à l'aplomb du fuselage 2 et de fait à l'aplomb de la face supérieure 8 de ce fuselage 2. Outre une voilure tournante, l'aéronef 1 comporte une voilure fixe 10 d'appoint, la voilure tournante 9 étant située à l'aplomb de la voilure fixe 10. La voilure fixe 10 comprend au moins une aile 20. Par exemple la voilure fixe comprend une aile 20 selon la variante de la figure 1, ou encore deux ailes 20 selon la variante de la figure 5. On note que ces deux ailes peuvent être disposées de part et d'autre d'une porte latérale 100, par exemple une porte du premier côté 5. La figure 2 présente une vue de face d'un aéronef 1 selon une première variante du premier mode de réalisation. Indépendamment du mode de réalisation, chaque aile 20 possède une première demi-aile 21 s'étendant latéralement selon l'axe de tangage AXT à partir du premier côté 5. La première demi-aile 21 est munie d'une portion sustentatrice supérieure 30 s'étendant d'une extrémité proximale supérieure 31 agencée à proximité du fuselage 2, plus précisément en contact avec le fuselage 2 sur la figure 2, vers une extrémité distale supérieure 32 éloignée du fuselage 2. En outre, la première demi-aile est munie d'une portion sustentatrice inférieure 40 s'étendant d'une extrémité proximale inférieure 41 agencée à proximité du fuselage 2, plus précisément en contact avec le fuselage 2 sur la figure 2, vers une extrémité distale inférieure 42 éloignée du fuselage 2. De même, chaque aile 20 possède une deuxième demi-aile 22 s'étendant latéralement selon l'axe de tangage AXT à partir du deuxième côté 6. La deuxième demi-aile 22 est munie d'une portion sustentatrice supérieure 30 s'étendant d'une extrémité proximale supérieure 31 agencée à proximité du deuxième côté 6 du fuselage 2, plus précisément en contact avec le deuxième côté 6 sur la figure 2, vers une extrémité distale supérieure 32 éloignée du fuselage. De plus, la deuxième demi-aile 22 est munie d'une portion sustentatrice inférieure 40 s'étendant d'une extrémité proximale inférieure 41 agencée à proximité du fuselage 2, plus précisément en contact avec le deuxième côté 6 2 sur la figure 2, vers une extrémité distale inférieure 42 éloignée du fuselage 2. On comprend que la première distance séparant le fuselage et une extrémité proximale d'une portion donnée d'une demi-aile est inférieure à une deuxième distance séparant le fuselage et une extrémité distale de cette portion donnée. De plus, on note que la portion sustentatrice inférieure 40 d'une demi-aile est agencée dans le sillage S de la portion sustentatrice supérieure 30 cette demi-aile. Ce sillage S est généré par un flux d'air F provenant de la voilure tournante 9 en impactant un extrados 30' de la portion sustentatrice supérieure 30 lorsque cet aéronef 1 a une vitesse d'avancement inférieure à un seuil prédéterminé. Par ailleurs, selon la première variante, l'extrémité distale supérieure 32 de la portion sustentatrice supérieure 30 est directement fixée à l'extrémité distale inférieure 42 de la portion sustentatrice inférieure 40. On comprend que la portion sustentatrice supérieure 30 et la portion sustentatrice inférieure 40 peuvent constituer une seule et même pièce d'un seul tenant, en forme de C selon la figure 2. En référence à la figure 6, d'autres formes sont envisageables. Chaque portion sustentatrice supérieure 30 et chaque portion sustentatrice inférieure 40 peuvent être planes et se rejoindre par leurs extrémités distales inférieur 32 et supérieur 42. En référence à la figure 3, selon une deuxième variante, l'extrémité distale supérieure 32 de la portion sustentatrice supérieure 30 est indirectement fixée à l'extrémité distale inférieure 42 de la portion sustentatrice inférieure 40 par le biais d'une portion intermédiaire. Dès lors, l'extrémité distale supérieure 32 d'une demi-aile est solidarisée à une portion intermédiaire 50 de la demi-aile, cette portion intermédiaire 50 étant de plus solidarisée à l'extrémité distale inférieure 42 de la demi-aile. La portion intermédiaire 50 est éventuellement plane, une coupe de la demi-aile représentant une ligne brisée en trois morceaux dans un plan en élévation perpendiculaire à l'axe de roulis et parallèle à l'axe de tangage, soit dans le plan de la feuille dans le cadre de la figure 3. Selon un autre aspect, chaque demi-aile 21, 22 porte un équipement 100, tel qu'un groupe propulseur, un réservoir de convoyage ou tout autre type d'organes optionnels par exemple. En outre, l'aile peut être une aile discontinue. Dès lors, une première extrémité proximale de la première demi-aile 21 est solidarisée au premier côté 5 du fuselage 2, une deuxième extrémité proximale de la deuxième demi-aile 22 étant solidarisée au deuxième côté 6 du fuselage. Par exemple, la première extrémité proximale supérieure 31 de la première demi-aile 21 est solidarisée au premier côté 5 du fuselage 2, la deuxième extrémité proximale supérieure 31 de la deuxième demi-aile 22 étant solidarisée au deuxième côté 6 du fuselage. De manière alternative voire complémentaire, la première extrémité proximale inférieure 41 de la première demi-aile 21 est éventuellement solidarisée au premier côté 5 du fuselage 2, la deuxième extrémité proximale inférieure 41 de la deuxième demi-aile 22 étant solidarisée au deuxième côté 6 du fuselage. Selon une autre variante, l'aile peut être une aile continue. Ainsi, une première extrémité proximale de la première demi- aile est fixée à une deuxième extrémité proximale de la deuxième demi-aile par une portion traversante 80 de l'aile qui traverse le fuselage parallèlement à l'axe de tangage. Par exemple, une première extrémité proximale supérieure 31 de la première demi-aile 21 est fixée à la deuxième extrémité proximale supérieure 31 de la deuxième demi-aile 22 par une portion traversante supérieure 80 de l'aile qui traverse le fuselage parallèlement à l'axe de tangage. De manière alternative voire complémentaire, une première extrémité proximale inférieure 41 de la première demi-aile 21 est fixée à la deuxième extrémité proximale supérieure 41 de la deuxième demi-aile 22 par une portion traversante inférieure 81 de l'aile qui traverse le fuselage parallèlement à l'axe de tangage. Selon un premier mode de réalisation de la figure 3, chaque extrémité proximale 31, 41 d'une portion sustentatrice 30, 40 est en contact avec le fuselage. Si l'aile est discontinue, la première extrémité proximale supérieure 31 de la première demi-aile 21 est solidarisée au premier côté 5 du fuselage 2, la deuxième extrémité proximale supérieure 31 de la deuxième demi-aile 22 étant solidarisée au deuxième côté 6 du fuselage. De plus, la première extrémité proximale inférieure 41 de la première demi-aile 21 est solidarisée au premier côté 5 du fuselage 2, la deuxième extrémité proximale inférieure 41 de la deuxième demi-aile 22 étant solidarisée au deuxième côté 6 du fuselage. Si l'aile est continue, la première extrémité proximale supérieure 31 de la première demi-aile 21 peut être fixée à la deuxième extrémité proximale supérieure 31 de la deuxième demi- aile 22 par une portion traversante supérieure 80 de l'aile qui traverse le fuselage parallèlement à l'axe de tangage. De plus, une première extrémité proximale inférieure 41 de la première demi-aile 21 peut être fixée à la deuxième extrémité proximale supérieure 41 de la deuxième demi-aile 22 par une portion traversante inférieure 81 de l'aile qui traverse le fuselage parallèlement à l'axe de tangage. L'aile est alors un anneau, chaque demi-aile représentant une partie de l'anneau qui saille du fuselage. Selon le deuxième mode de réalisation de la figure 4 seule une extrémité proximale de chaque demi-aile est en contact avec le fuselage. Les deux autres extrémités proximales sont alors reliées par un organe aérodynamique s'étendant d'un côté du fuselage vers l'autre côté de ce fuselage. Par exemple la première extrémité proximale inférieure 41 de la première demi-aile 21 est fixée au premier côté 5 du fuselage, la deuxième extrémité proximale inférieure 41 de la deuxième demi-aile 22 étant fixée au deuxième côté 22 du fuselage. Dès lors, la première extrémité proximale inférieure 41 de la première demi-aile 21 est fixée à la deuxième extrémité proximale inférieure 41 de la deuxième demi-aile 22 par l'organe aérodynamique 60 de l'aile. On note que le fuselage 2 est à l'aplomb de cet organe aérodynamique 60. Selon un autre aspect, chaque aile peut comprendre au 20 moins un bras de fixation 70 de chaque demi-aile au fuselage 2, et par exemple de chaque portion sustentatrice inférieure 40. Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien 25 qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1. Aéronef (1) muni d'un fuselage (2) s'étendant selon un axe de roulis (MM) d'une extrémité avant (3) vers une extrémité arrière (4) et selon un axe de tangage (AXT) d'un premier côté (5) vers une deuxième côté (6), cet aéronef (1) ayant une voilure tournante (9) à l'aplomb du fuselage (2) et une voilure fixe (10) d'appoint, la voilure tournante (9) étant à l'aplomb du fuselage (2) et de la voilure fixe (10), ladite voilure fixe (10) comprenant au moins une aile (20) comportant une première demi-aile (21) s'étendant parallèlement à l'axe de tangage à partir dudit premier côté (5) et une deuxième demi-aile (22) s'étendant parallèlement à l'axe de tangage à partir dudit deuxième côté (6), caractérisé en ce que chaque demi-aile (21, 22) est pourvue d'une portion sustentatrice supérieure (30) et d'une portion sustentatrice inférieure (40), ladite portion sustentatrice inférieure (40) d'une demi-aile étant agencée dans le sillage (S) de la portion sustentatrice supérieure (30) de cette demi-aile, ce sillage (S) étant généré par un flux d'air (F) provenant de ladite voilure tournante (9) en impactant un extrados (30') de la portion sustentatrice supérieure (30) lorsque ledit aéronef (1) a une vitesse d'avancement inférieure à un seuil prédéterminé. 2. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la portion sustentatrice supérieure (30) s'étend d'une extrémité proximale supérieure (31) agencée contre le fuselage vers une extrémité distale supérieure (32), la portion sustentatrice inférieure (40) s'étendant d'une extrémité proximale inférieure (41) à proximité du fuselage vers une extrémité distale inférieure (42) éloignée dudit fuselage. 3. Aéronef selon la revendication 2,caractérisé en ce que, l'extrémité distale supérieure (32) est solidarisée à l'extrémité distale inférieure (42). 4. Aéronef selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la portion sustentatrice supérieure (30) s'étendant d'une extrémité proximale supérieure (31) agencée contre le fuselage vers une extrémité distale supérieure (32), la portion sustentatrice inférieure (40) s'étendant d'une extrémité proximale inférieure (41) agencée à proximité du fuselage vers une extrémité distale inférieure (42), l'extrémité distale supérieure (32) d'une demi-aile est solidarisée à une portion intermédiaire (50) de la demi-aile, cette portion intermédiaire (50) étant solidarisée à l'extrémité distale inférieure (42). 5. Aéronef selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite portion intermédiaire (50) est plane, une coupe de la demi-aile dans un plan en élévation perpendiculaire à l'axe de roulis et parallèle à l'axe de tangage étant une ligne brisée en trois morceaux. 6. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ladite aile est une aile discontinue, la première extrémité proximale supérieure (31) de la première demi-aile (21) étant fixée au premier côté (5) du fuselage (2), la deuxième extrémité proximale supérieure (31) de la deuxième demi-aile (22) étant fixée au deuxième côté (6) du fuselage. 7. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ladite aile est une aile continue, la première extrémité proximale supérieure (31) de la première demi-aile (21) étant fixée à la deuxième extrémité proximale supérieure (31) de ladeuxième demi-aile (22) par une portion traversante (80) de l'aile qui traverse le fuselage parallèlement à l'axe de tangage. 8. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la première extrémité proximale inférieure (41) de la première demi-aile (21) est fixée au premier côté (5) du fuselage, la deuxième extrémité proximale inférieure (41) de la deuxième demi-aile (22) étant fixée au deuxième côté (22) du fuselage. 9. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que, la première extrémité proximale inférieure (41) de la première demi-aile (21) étant fixée à la deuxième extrémité proximale inférieure (41) de la deuxième demi-aile (22) par un organe aérodynamique (60) de l'aile, ledit fuselage (2) est à l'aplomb dudit organe aérodynamique (60). 10. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite aile comprend au moins un bras de fixation (70) de chaque demi-aile au fuselage. 11. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite voilure fixe comporte deux ailes (20). 12. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce qu'au moins une demi-aile porte un équipement (100).