Brevet FR2980769A1 — publié le 20130405

La présente invention se rapporte au domaine de la conception de structure d'avion, en particulier à un empennage d'avion capable d'améliorer les performances d'anticollision avec un oiseau d'un avion. Un accident de collision avec un oiseau se rapporte à un évènement qui se produit du fait de la collision d'un aéronef en vol tel qu'un avion avec un oiseau en vol dans le ciel. Avec le développement rapide de l'industrie de l'aviation civile, l'accident de collision avec un oiseau d'un avion civil devient l'une des menaces de sécurité les plus graves de l'aviation civile. Comme cela est représenté dans le rapport de UA (United Airlines), au cours de la période de 1990 à 2008, l'aviation civile des Etats-Unis a enregistré 89727 accidents provoqués par la collision d'animaux avec les avions civils, et 97,4 de ces accidents sont provoqués par des oiseaux en vol. Les données associées montrent que le côté au vent de l'avion, comprenant le pare-brise, le radôme, le moteur, le bord d'attaque d'aile et le bord d'attaque d'empennage de l'avion, est la position qui est la plus facilement touchée par des oiseaux. L'intérieur de la structure de bord d'attaque est habituellement pourvu d'un système de circuit d'huile ou d'un système de câblage de commande, et des accidents désastreux peuvent difficilement être évités une fois que ces équipements internes sont détruits par la collision avec un oiseau. Ainsi, il est important de résoudre le problème des performances d'anticollision avec un oiseau du bord d'attaque d'empennage de l'avion. Il est prescrit explicitement au paragraphe 631 de l'article 25 du « Airworthiness Standard of Transport Aircraft » émis par le CAAC que la conception de la structure pour un empennage d'avion doit assurer que l'avion, après rencontre de collision avec un oiseau de 3,6 kilogrammes (8 livres), peut toujours voler et atterrir en toute sécurité, et que la vitesse de l'avion pendant la collision est égale à la vitesse de croisière de l'avion à un niveau choisi par rapport au niveau de la mer. Des recherches indiquent que l'oiseau représente un comportement hydromécanique évident lors d'une collision à grande vitesse. Actuellement, la plupart des conceptions de l'anticollision avec un oiseau en ce qui concerne le bord 10 d'attaque d'empennage adoptent un matériau composite à haute résistance et une structure en sandwich simple. La plupart des idées de conception présentent la fonction et la forme avec une structure sacrificielle prévue pour être déformée autant que possible afin d'absorber l'énergie de 15 la collision avec un oiseau. De plus, si l'on considère une structure de bord d'attaque d'empennage vertical mentionnée par Alessandro Airoldi et autres dans des documents antérieurs comme exemple, la surface extérieure de cette structure est fabriquée en alliage d'aluminium, et 20 l'intérieur de cette structure est fabriquée en matériau composite de fibre de carbone. Dans l'expérimentation, un oiseau de 1,8 kilogrammes est utilisé pour frapper la structure à une vitesse de 270 noeuds, et la structure est détruite d'une manière évidente. M.A. McCARTHY et autres 25 présentent une structure de bord d'attaque d'aile ayant le revêtement de bord d'attaque qui est en matériau composite FML. Dans l'expérimentation, la structure supporte la collision avec un oiseau de 1,8 kilogrammes à une vitesse de 200 m/s, et le bord d'attaque n'est pas détruit mais est 30 très fortement déformé. Plus récemment, Michele Guida et autres ont proposé une structure de bord d'attaque en sandwich, les deux couches de panneaux de la structure en sandwich adoptant le matériau composite FML et le matériau métallique respectivement, et la couche d'âme étant un nid d'abeilles. Au cours de l'expérimentation, un oiseau de 3,6 kilogrammes est utilisé pour frapper la structure à une vitesse de 250 noeuds, et le bord d'attaque n'est pas détruit, mais la structure entière est très fortement déformée. On peut voir que les dépenses de fabrication des conceptions de structure existantes sont extrêmement élevées et que cependant la structure entière est détruite ou très fortement déformée et l'effet de l'anticollision avec un oiseau n'est pas satisfaisant. Afin de surmonter les défauts d'une déformation et d'un endommagement importants et du coût élevé dans l'art antérieur de l'anticollision avec un oiseau de la structure d'avions, La Northwestern Polytechnical University a proposé un bord d'attaque d'empennage horizontal capable d'améliorer les performances d'anticollision avec un oiseau de l'avion dans la demande de brevet d'invention Chinois N° 201010554079.4. Comme cela est représenté dans la figure 1, le bord d'attaque d'empennage horizontal comporte un revêtement de bord d'attaque 1, une couche d'âme en nid d'abeilles 2, un renfort 3 situé au niveau du bord d'attaque d'empennage horizontal et une couche inférieure d'aile 4. La couche d'âme en nid d'abeilles 2, le renfort de bord d'attaque 3 et la couche inférieure d'aile 4 sont tous disposés dans le sens de l'envergue entre les étendues respectives à l'intérieur du bord d'attaque d'aile ; le renfort de bord d'attaque 3 prend une forme de prisme triangulaire, et un angle de ce renfort de bord d'attaque est situé au niveau de l'extrémité avant du bord d'attaque d'aile ; la couche supérieure d'âme en nid d'abeilles et la couche inférieure d'âme en nid d'abeilles faisant un parallélogramme sont fixées sur les surfaces intérieures supérieure et inférieure du revêtement de bord d'attaque respectivement, et un bord biseauté de l'âme en nid d'abeilles supérieure et un bord biseauté de l'âme en nid d'abeilles inférieure correspondent tous les deux avec une surface latérale du renfort de bord d'attaque ; le revêtement d'aile est fixé sur les deux âmes en nid d'abeilles et la surface du renfort de bord d'attaque. Une fois que la structure de bord d'attaque d'empennage horizontal ci-dessus est frappée par un oiseau, bien que le sectionnement de l'oiseau atteigne l'objectif de protection du revêtement d'aile, cette structure présente les défauts suivants : l'âme en nid d'abeilles inférieure est fabriquée dans un matériau souple, et souffre d'une déformation de compression très importante sous l'action de la force d'impact puissante de l'oiseau, de telle sorte que la rigidité de support du revêtement de bord d'attaque devient faible, ce qui a pour résultat un endommagement du revêtement de bord d'attaque. Comme cela peut être vu, le revêtement devient défectueux principalement pour la raison que la rigidité de support du revêtement est réduite, et l'endommagement du revêtement de bord d'attaque influence sérieusement les performances aérodynamiques de l'empennage horizontal dans le processus de vol. Ainsi, grâce à une considération complète des conceptions des performances d'anticollision avec un oiseau et des performances aérodynamiques, l'application de ce bord d'attaque d'empennage horizontal capable d'améliorer les performances d'anticollision avec un oiseau de l'avion n'est pas grande. Afin de surmonter le défaut selon lequel il est difficile de considérer à la fois les performances d'anticollision avec un oiseau et la forme aérodynamique dans la conception de la structure d'empennage de l'avion, la présente invention propose un empennage d'avion destiné à améliorer les performances d'anticollision d'un avion avec un oiseau. L'empennage selon la présente invention comporte un revêtement de bord d'attaque d'empennage, un petit longeron avant, une nervure d'aile, un gros longeron avant, un revêtement de caisson de bord d'attaque et un renfort de bord d'attaque. Un renfort de bord d'attaque est disposé à l'intérieur d'un bord d'attaque d'empennage, et est réparti dans le sens de l'envergure entre 0 et 100 96-o de l'envergure d'aile et réparti dans le sens de la corde entre 0 et 30 de l'empennage ; le renfort de bord d'attaque est fixé dans le sens de l'envergure dans des sections entre les étendues respectives configurées par la nervure d'aile à l'intérieur du bord d'attaque d'empennage le long de l'empennage de l'avion. Le renfort de bord d'attaque a une forme de 15 triangle isocèle. L'amplitude de l'angle au sommet du renfort de bord d'attaque est la même que l'amplitude de l'angle au sommet du revêtement de bord d'attaque d'empennage, et l'angle au sommet est un arc de transition, le rayon de l'arc étant de l'ordre de 5 mm; le renfort de 20 bord d'attaque est relié de façon fixe au petit longeron avant par une surface de fixation de renfort de bord d'attaque. Avantageusement les deux bords latéraux du renfort de bord d'attaque sont pourvus tous les deux de 25 bords pliés, qui sont situés sur la même surface du renfort de bord d'attaque et sont tous les deux pliés vers le côté intérieur du renfort de bord d'attaque afin de former ainsi la surface de fixation de renfort de bord d'attaque. La présente invention prévoit de manière 30 additionnelle un renfort de bord d'attaque dans l'empennage de l'avion afin d'atteindre ainsi le but d'amélioration des performances d'anticollision avec un oiseau de l'avion, et le renfort de bord d'attaque a une forme de « V ». La structure coupe l'oiseau grâce à un support en triangle de la structure elle-même, une fois que l'empennage est frappé par un oiseau, le revêtement de bord d'attaque se colle sur la structure de support en triangle afin de segmenter l'énergie de l'oiseau de façon à non seulement protéger le longeron avant d'empennage contre une rupture afin de protéger davantage la structure interne du bord d'attaque d'empennage contre une destruction, mais également garder la forme aérodynamique de l'empennage. La structure de bord d'attaque d'empennage se compose d'un revêtement de bord d'attaque, d'un petit longeron avant et d'un renfort de bord d'attaque. L'élément de structure ci-dessus est fabriqué en alliage d'aluminium. Le renfort de bord d'attaque du bord d'attaque d'empennage est sous la forme d'un triangle isocèle formé en pliant une plaque plate, le sommet du triangle est un arc d'un rayon de l'ordre de 5 mm, et les extrémités gauche et droite du renfort de bord d'attaque sont boulonnées ou rivetées avec le petit longeron avant. Excepté le revêtement de bord d'attaque, tous les éléments de la structure sont à l'intérieur de l'empennage et sont disposés dans le sens de l'envergure le long de l'intérieur du bord d'attaque d'empennage complet. La présente invention donne une considération suffisante aux caractéristiques du problème de la collision avec un oiseau, par exemple, l'oiseau présente un comportement hydrodynamique et a une énergie très élevée dans le processus de collision. La structure doit être déformée énormément ou endommagée si elle « bloque de manière inflexible » l'énergie. Ainsi, la dispersion est une méthode favorable, grâce à laquelle l'énergie de l'oiseau peut être diffuse, et la présente invention sectionne simplement l'oiseau grâce au renfort de bord d'attaque disposé à l'intérieur de l'empennage, change la collision frontale en collision oblique, et disperse raisonnablement l'énergie de la collision avec un oiseau. Le revêtement de bord d'attaque comparativement mince absorbe une partie de l'énergie après le sectionnement de l'oiseau par la déformation et l'endommagement, et le renfort de bord d'attaque garantit la sécurité de la structure interne du bord d'attaque d'empennage vertical. En outre, puisque la déformation du revêtement de bord d'attaque comparativement mince est comparativement faible, l'écrasement du revêtement est empêché, et la forme aérodynamique de l'empennage est garantie. La présente invention change l'absorption d'énergie initiale en dispersion d'énergie, sectionne l'oiseau grâce au renfort de bord d'attaque disposé à l'intérieur du bord d'attaque, change la collision frontale en collision oblique, disperse raisonnablement l'énergie de la collision avec un oiseau, et améliore efficacement les performances d'anticollision avec un oiseau de la structure. Puisque l'oiseau est sectionné, l'oiseau sectionné résiduel glisse le long des côtés gauche et droit de la couche de revêtement d'empennage, et le renfort de bord d'attaque disposé à l'intérieur du bord d'attaque empêche l'écrasement du revêtement, amène la structure de bord d'attaque à ne pas souffrir d'une déformation importante apparaissant dans les conceptions précédentes, conserve la forme aérodynamique du bord d'attaque d'empennage autant que possible, et est appliqué au bord d'attaque d'aile et à n'importe quelle structure longeron-bord qui peut être frappée par des oiseaux en vol sur l'avion. La figure 5 est un dessin schématique de la stimulation de valeur de collision avec un oiseau. Dans la figure, l'oiseau est représenté sous la forme d'un cylindre ayant un rapport longueur sur diamètre de 2, et sa méthode de calcul de valeur est exprimée en utilisant des particules SPH. La masse de l'oiseau est de 3,6 kg, et la vitesse de la collision est de 150 m/s. Les figures 6(a) à 6(c) montrent le processus de sectionnement de l'oiseau par le bord d'attaque. La figure 6(a) est l'état de l'oiseau avant le début de la collision. La figure 6(b) est l'état de l'oiseau après le début de la collision à 1,5 ms. On peut voir que, dans le processus de collision, l'oiseau est évidemment coupé par la structure de bord d'attaque. La figure 6(c) est l'état de l'oiseau après le début de la collision à 3 ms. On peut voir que les deux parties formées par la découpe de l'oiseau par la structure de bord d'attaque glissent le long des surfaces supérieure et inférieure du revêtement de bord d'attaque d'empennage 5 respectivement. La figure 7 est un dessin schématique de l'impact sur la structure après le sectionnement de l'oiseau. On peut voir que le revêtement de bord d'attaque d'empennage souffre d'une déformation comparativement faible après absorption d'une partie de l'énergie de l'oiseau et atteint l'objectif de protection de la structure interne de l'empennage. Dans la présente invention, le renfort de bord d'attaque ajouté à l'empennage est installé à l'intérieur du bord d'attaque d'empennage et n'influence pas les performances aérodynamiques de l'avion, et est simple à fabriquer, d'un faible coût, et applicable aux bords d'attaque d'empennage et d'aile et dans n'importe quelle position longeron-bord qui peut être frappée par des oiseaux en vol sur l'avion. La présente invention donne une considération suffisante au défaut selon lequel le revêtement de bord d'attaque est déchiré et détruit dans le processus de collision avec un oiseau du fait d'une résistance insuffisante de la couche d'âme en nid d'abeilles supportant le revêtement existant dans l'invention avec la demande 201010554079.4 en théorie, et la présente invention adopte une structure en triangle métallique avec une rigidité comparativement bonne comme renfort. La solution technique adoptée amène non seulement le bord d'attaque d'empennage à atteindre l'objectif de découpe de l'oiseau mais rend également la rigidité du renfort au-dessous du revêtement d'empennage suffisamment bonne. Autrement, les cas d'écrasement et d'endommagement du revêtement se produisent. Dans la solution technique adoptée par la présente invention, à la fois l'exigence de rigidité du renfort et l'exigence de masse par la conception de l'avion doivent être considérées. La présente invention, en déterminant la structure et les performances anti-impact du renfort de bord d'attaque, donne une considération suffisante à la relation entre la structure et la rigidité du renfort de bord d'attaque, et rend minimum le poids de structure du renfort de bord d'attaque tout en garantissant la rigidité souhaitée. La figure 8 montre le résultat de stimulation de valeur des renforts de bord d'attaque de différentes épaisseurs. Comme cela peut se voir, plus l'épaisseur du renfort de bord d'attaque est faible, plus le poids du renfort de bord d'attaque est faible, et plus les performances d'anticollision avec un oiseau du renfort de bord d'attaque sont faibles. L'épaisseur initiale insuffisante a pour résultat une rigidité insuffisante de la structure de renfort et l'incapacité à supporter la déformation du revêtement sous la pression d'impact forte de l'oiseau, ce qui a pour résultat l'écrasement du revêtement et rend la structure d'empennage incapable de répondre à l'exigence aérodynamique. La présente invention donne une considération suffisante à la relation entre la capacité d'anticollision de l'aile et le poids de l'aile une fois que le bord d'attaque d'empennage est renforcé, et le demandeur fait beaucoup de travail d'étude. Par exemple, quand l'épaisseur du renfort de bord d'attaque est de 3 mm, la rigidité est très bonne, et le bord d'attaque d'empennage complet souffre d'une déformation très faible après la collision avec l'oiseau, mais le poids du renfort de bord d'attaque à ce moment-là atteint 8,1 kg, qui constitue un inconvénient pour la réduction de poids de l'avion entier. Quand l'épaisseur du renfort de bord d'attaque est choisie à 2,5 mm après avoir réalisé un certain nombre de calculs et d'expérimentations, le poids de l'empennage est réduit, et le bord d'attaque d'empennage complet souffre d'une déformation très faible après la collision avec l'oiseau, ce qui répond non seulement à l'exigence de la conception anticollision avec un oiseau mais répond également à l'exigence aérodynamique de l'empennage. La figure 1 est un dessin schématique de la structure du bord d'attaque d'empennage horizontal anticollision avec un oiseau de l'avion dans l'art antérieur ; La figure 2 est un schéma de dommage de déformation du résultat de stimulation de valeur anticollision avec un oiseau de la présente invention ; La figure 3 est un dessin schématique de la structure de la présente invention ; La figure 4 est un dessin schématique en coupe selon le plan A-A de la figure 3 ; La figure 5 est un dessin schématique de la stimulation de valeur anticollision avec un oiseau de l'empennage ; Les figures 6(a) à 6(c) représentent schématiquement le processus de sectionnement de l'oiseau par le bord d'attaque d'empennage, avec la figure 6(a) qui est l'état de l'oiseau avant le début de la collision, la figure 6(b) qui est l'état de l'oiseau après le début de la collision à 1,5 ms, et la figure 6(c) qui est l'état de l'oiseau après le début de la collision à 3 ms. La figure 7 est un dessin schématique de la déformation du revêtement de bord d'attaque après la collision ; La figure 8 est une comparaison des résultats de stimulation de valeur de collision avec un oiseau des empennages ayant des renforts de bord d'attaque de différentes épaisseurs ; La figure 9 est un dessin schématique de la structure d'une envergure de l'empennage dans la forme de réalisation ; et La figure 10 est un dessin schématique de la direction A dans la figure 9. La présente forme de réalisation est un empennage anticollision avec un oiseau d'un avion d'un certain type. Comme cela est représenté dans la figure 9, la présente forme de réalisation améliore l'empennage de l'avion de l'art antérieur afin d'atteindre le but de la présente invention. La présente forme de réalisation comprend un revêtement de bord d'attaque d'empennage 5, un renfort de bord d'attaque 6, un petit longeron avant 7, une nervure d'aile 8, un gros longeron avant 10, et un revêtement de caisson de bord d'attaque 9. Le gros longeron avant 10 est situé à l'arrière du petit longeron avant 7, la section d'aile 8 s'étendant entre eux. Le revêtement de bord d'attaque d'empennage 5 et le revêtement de caisson de bord d'attaque 9 adoptent tous les deux l'alliage d'aluminium 2024-T3 et ont la même épaisseur de 1,62 mm. Les éléments restants adoptent tous l'alliage d'aluminium 7075-T6, l'épaisseur du petit longeron avant 7 est de 3,5 mm, l'épaisseur de la nervure d'aile 8 est de 2,54 mm, et l'épaisseur du gros longeron avant 10 est de 3,5 mm. Le renfort de bord d'attaque 6 est situé à l'intérieur du bord d'attaque d'empennage et est positionné de manière spécifique comme suit : réparti dans le sens de l'envergure entre 0 et 100 ci-. de l'envergure d'aile et réparti dans le sens de la corde entre 0 et 30 % de l'empennage. Le renfort de bord d'attaque 6 est fixé dans le sens de l'envergure dans des sections entre les étendues respectives formées par la nervure d'aile à l'intérieur du bord d'attaque d'empennage le long de l'empennage de l'avion. Le renfort de bord d'attaque 6 est un élément de plaque. Le renfort de bord d'attaque 6 est formé en pliant une plaque rectangulaire d'alliage d'aluminium 2024 ayant une épaisseur de 2,54 mm et a une forme de triangle isocèle, et les deux côtés du triangle isocèle sont formés par la plaque rectangulaire. Les deux côtés du renfort de bord d'attaque 6 sont tous les deux pourvus de bords pliés, qui sont situés sur la même surface de la plaque rectangulaire et sont tous les deux pliés vers le côté intérieur du renfort de bord d'attaque 6 afin de former ainsi la surface de fixation de renfort de bord d'attaque 11. Les degrés de l'angle au sommet du triangle isocèle formant le renfort de bord d'attaque 6 sont les mêmes que les degrés de l'angle au sommet du revêtement de bord d'attaque d'empennage 5. Dans la présente forme de réalisation, l'angle au sommet du renfort de bord d'attaque 6 est de 50 degrés, et cet angle au sommet est une transition d'arc, le rayon de l'arc étant de 5 mm. Les deux bords du renfort de bord d'attaque 6 ont une longueur de 256 mm. L'angle au sommet du renfort de bord d'attaque 6 et la surface intérieure du revêtement supérieur de bord d'attaque d'empennage 5 sont situés dans un état d'un contact naturel, et les deux surfaces de fixation de renfort de bord d'attaque 11 sont reliées au petit longeron avant 7 par des rivets. Les rivets sont des rivets à haute résistance ayant un diamètre de 4 mm, et les rivets sont disposés à un intervalle de 20 mm. Lors de l'assemblage, le revêtement de bord d'attaque 5 et le petit longeron avant 7 sont tout d'abord fixés en utilisant des doubles rangées de rivets, les liaisons du revêtement de caisson de bord d'attaque 9 avec le petit longeron avant 7, le gros longeron avant 10 et la nervure d'aile 8 utilisent toutes des doubles rangées de rivets, et les liaisons de la nervure d'aile 8 avec le petit longeron avant 7 et le gros longeron avant 10 utilisent une unique rangée de rivets. L'angle au sommet du renfort de bord d'attaque 6 et du revêtement de bord d'attaque d'empennage 5 sont amenés à être disposés dans un état de contact naturel, et les deux surfaces de fixation de renfort de bord d'attaque 11 sont reliées au petit longeron avant 7 par des rivets.25 REVENDICATIONS1. Empennage d'avion capable d'améliorer les performances d'anticollision avec un oiseau de l'avion, comportant un revêtement de bord d'attaque d'empennage (5), un petit longeron avant (7), une nervure d'aile (8), un gros longeron avant (10) et un revêtement de caisson de bord d'attaque (9), caractérisé en ce que : l'empennage comporte en outre un renfort de bord d'attaque (6), qui est situé à l'intérieur d'un bord d'attaque d'empennage, et qui est réparti dans le sens de l'envergure entre 0 et 100so de l'envergure d'aile et réparti dans le sens de la corde entre 0 et 30so de l'empennage ; le renfort de bord d'attaque (6) est fixé dans le sens de l'envergure dans des sections entre les étendues respectives configurées par la nervure d'aile (8) à l'intérieur du bord d'attaque d'empennage le long de l'empennage de l'avion ; le renfort de bord d'attaque (6) a une forme de triangle isocèle ; l'amplitude de l'angle au sommet du renfort de bord d'attaque (6) est la même que l'amplitude de l'angle au sommet du revêtement de bord d'attaque d'empennage (5), et l'angle au sommet est un arc de transition, le rayon de l'arc étant de l'ordre de 5 mm; le renfort de bord d'attaque (6) est relié de façon fixe au petit longeron avant (7) par une surface de fixation de renfort de bord d'attaque (11). 2. Empennage d'avion capable d'améliorer les performances d'anticollision avec un oiseau d'un avion selon la revendication 1, caractérisé en ce que :les deux côtés du renfort de bord d'attaque (6) sont tous les deux pourvus de bords pliés, qui sont situés sur la même surface du renfort de bord d'attaque (6) et sont tous les deux pliés vers le côté intérieur du renfort de bord d'attaque (6) afin de former ainsi la surface de fixation de renfort de bord d'attaque (11).