Brevet FR3037560A1 — publié le 20161223

AILE D'AERONEF COMPRENANT UN EMBOUT D'AILE PILOTABLE EN INCIDENCE DESCRIPTION La présente invention se rapporte au domaine des ailes d'aéronef. Les ailes d'aéronef ont déjà fait l'objet de nombreux développements, visant à l'amélioration de leurs performances globales. Il s'agit par exemple de l'implantation de volets ou d'éléments analogues, dans le but de répondre à des besoins spécifiques, en fonction des différentes phases de vol de l'aéronef. Cependant, la plupart des solutions apportées par l'art antérieur restent perfectibles, notamment en ce sens qu'elles sont susceptibles de générer de la traînée non désirée durant certaines phases de vol, et qu'elles complexifient la conception des ailes qui intègrent ce type de solution. Il existe donc un besoin d'optimisation de la conception des ailes existantes, et pour répondre au moins partiellement à ce besoin, l'invention a pour objet une aile d'aéronef comprenant une partie principale ainsi qu'un embout d'aile monté mobile en incidence relativement à la partie principale. L'invention prévoit ainsi un degré de liberté en incidence entre l'embout d'aile, également dénommé « extrémité d'aile », et la partie principale de l'aile. La mise en oeuvre de ce degré de liberté permet d'améliorer les performances globales de l'aile, pour les raisons suivantes. Tout d'abord, durant la phase de croisière de l'aéronef, le pilotage en incidence de l'embout d'aile permet d'adapter au mieux la traînée induite, en fonction de l'altitude de vol et/ou de la masse de l'avion. En d'autres termes, grâce à ce pilotage en incidence, l'aile présente une répartition de portance variable qui la rend adaptée à de nombreuses conditions de masse et d'altitude de vol, en comparaison d'une aile classique adaptée à seulement une altitude optimale pour chaque masse totale de l'avion. En outre, en phases d'approche et d'atterrissage, lorsque l'embout d'aile peut être orienté de telle sorte que l'incidence locale en bout d'aile soit faible ou même nulle (il est alors fait référence à un dévrillage de la voilure), cette configuration engendre une augmentation du chargement mécanique de la partie principale de l'aile. Cela diminue le sillage provoqué par l'aile, le sillage étant alors moins concentré en bout d'aile. Du fait 3037560 2 de l'atténuation de ce sillage, les aéronefs peuvent avantageusement atterrir les uns après les autres avec une fréquence plus élevée. Toujours en phase d'approche et avec l'embout d'aile apportant un dévrillage de la voilure, il devient possible de générer une traînée importante permettant 5 d'améliorer la capacité de l'aéronef à descendre avec une forte pente. Cette position particulière de l'embout d'aile est également bénéfique pendant l'atterrissage, car elle permet non seulement de générer de la traînée, mais elle engendre également une meilleure capacité de freinage de l'aéronef en augmentant la charge transmise au train d'atterrissage principal. 10 L'invention présente également au moins l'une des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou en combinaison. L'aile d'aéronef comprend un dispositif de liaison entre l'embout d'aile et la partie principale de l'aile. Le dispositif de liaison est configuré pour autoriser une rotation de 15 l'embout d'aile relativement à la partie principale selon un premier axe de rotation permettant le pilotage en incidence de l'embout d'aile, et pour autoriser une rotation de l'embout d'aile relativement à la partie principale selon un second axe de rotation permettant de relever l'embout d'aile par pliage. De préférence, le premier axe de rotation est sensiblement parallèle à 20 une direction d'envergure de l'aile ou bien encore orienté sensiblement selon une direction transversale Y de l'aéronef, et le second axe de rotation est sensiblement parallèle à une direction d'écoulement du flux d'air sur l'aile. La partie principale de l'aile s'étend sur une distance D1 selon la direction d'envergure et l'embout d'aile s'étend sur une distance D2, le rapport entre les distances 25 D1 et D2 étant fixé en fonction des besoins et contraintes rencontrés. L'embout d'aile est monté mobile en incidence relativement à la partie principale selon une amplitude limitée, de préférence à une plage d'angles comprise entre 15 et -15°, en particulier lorsque seul le premier axe de rotation est prévu entre l'embout d'aile et la partie principale de celle-ci. En revanche cette plage d'angles peut être étendue 30 de -15 et -90°, en particulier dans le cas où le second axe de rotation est également prévu. 3037560 3 L'invention a également pour objet un aéronef comprenant au moins une aile telle que décrite ci-dessus, ainsi qu'un dispositif de commande en incidence de l'embout d'aile relativement à la partie principale de l'aile. Enfin, l'invention a également pour objet un procédé de commande de 5 l'aile d'aéronef décrite ci-dessus, comprenant la commande en incidence de l'embout d'aile relativement à la partie principale de l'aile, en fonction d'au moins un paramètre de vol. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels ; 10 - la figure 1 représente une vue schématique de face d'un aéronef comprenant des ailes selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue épurée en perspective de l'aéronef montré sur la figure précédente ; - les figures 3a, 4a et 5a montrent une partie de l'une des deux ailes de 15 l'aéronef, avec l'embout d'aile adoptant des incidences différentes ; - les figures 3b, 4b, 5b sont des vues montrant plus spécifiquement, de façon agrandie, la jonction entre l'embout d'aile et la partie principale de l'aile respectivement dans les trois positions représentées sur les figures 3a, 4a et 5a ; - la figure 6 représente une vue de face de l'aéronef, avec son aile de 20 droite présentant un embout d'aile montrée dans une position relevée à la verticale ; - la figure 7a montre une partie de l'aile montrée sur les figures précédentes, avec son embout d'aile relevé selon un angle Al ; - la figure 7b montre une partie de l'aile montrée sur les figures précédentes, avec son embout d'aile abaissé selon un angle A2 ; 25 - la figure 8 représente une demi-vue de face de l'aéronef, avec son aile droite présentant un embout relevé par rapport à la partie principale et présentant également une incidence par rapport à celle-ci ; et - les figures 9a à 9e représentent un exemple de réalisation d'un dispositif de jonction entre l'embout de l'aile et sa partie principale. 3037560 4 En référence tout d'abord aux figures 1 et 2, il est représenté un aéronef 1 selon l'invention, comprenant un fuselage 2, deux ailes 4, ainsi qu'un ensemble moteur 6 fixé sous chaque aile 4. L'une des particularités de l'invention réside dans la conception optimisée de chacune des deux ailes 4, qui seront décrites en détail ci-après. 5 Dans toute la description qui va suivre, par convention, la direction X correspond à la direction longitudinale de l'aéronef, la direction Y correspond à la direction orientée transversalement, tandis que la direction Z correspond à la direction verticale ou de la hauteur. Ces trois directions X, Y et Z sont orthogonales entre elles et forment un trièdre direct. D'autre part, les termes « avant » et « arrière » sont à considérer par rapport 10 à une direction d'avancement de l'aéronef, représentée schématiquement par la flèche 8. Les deux ailes 4 ayant une conception symétrique par rapport à un plan vertical médian de l'aéronef, seule l'une de ces deux ailes sera décrite de manière détaillée ci-dessous. Elle s'étend selon une direction d'envergure 10 depuis le fuselage 2. Plus précisément, l'aile comprend tout d'abord une partie principale d'aile 4a qui est fixée au 15 fuselage, et qui s'étend selon la direction d'envergure 10 sur une distance Dl. La partie principale d'aile 4a est reliée par un dispositif de jonction 12 à un embout d'aile 4b qui prolonge cette partie 4a selon la direction d'envergure, sur une distance D2. L'embout 4b constitue alors l'extrémité distale de l'aile. Chacune des deux portions 4a, 4b s'étend sur toute la largeur de l'aile 4 dans la direction X, parallèle à une direction 14 d'écoulement du 20 flux d'air sur cette aile durant le vol. Le dispositif de jonction 12, dont un exemple de réalisation sera décrit en référence aux figures 9a à 9e, permet le pilotage en incidence de l'embout d'aile 4b relativement à la partie principale 4a. Pour ce faire, un dispositif de commande 16 embarqué sur l'aéronef permet le pilotage en incidence de l'embout 4b durant le vol, en 25 fonction de différents paramètres de vol comme l'altitude de l'aéronef ou encore sa masse globale. En référence aux figures 3a et 3b, l'embout d'aile 4b est représenté dans une position d'incidence nulle par rapport à la partie principale 4a. En d'autres termes, dans cette position, l'embout d'aile 4b se trouve dans la parfaite continuité de la partie 30 principale 4a, selon la direction d'envergure 10. 3037560 5 En phase de croisière, le pilotage en incidence de l'embout d'aile 4b permet d'adapter au mieux la traînée induite, notamment en fonction de l'altitude de vol. Il est donc possible de faire pivoter cet embout d'aile 4b selon un premier axe de rotation 15, qui est ici sensiblement orienté selon la direction Y. Néanmoins, il est noté que l'axe 15 5 peut être orienté différemment, par exemple parallèlement ou sensiblement incliné par rapport à la direction d'envergure 10. De façon plus générale, l'axe de rotation 15 est orthogonal à un plan de jonction entre les deux parties 4a, 4b de l'aile. Pour des raisons de simplification et de clarté de la description, par la suite, il sera considéré que l'axe de rotation 15 est orienté sensiblement selon la direction Y. 10 Sur les figures 4a et 4b, il a été représenté une position d'incidence positive dans laquelle l'embout d'aile 4b est pivoté d'un angle A'1 selon l'axe 15 de sorte que son bord d'attaque s'oriente vers le haut, et son bord de fuite vers le bas. A l'inverse, sur les figures 5a et 5b, il a été représenté une position d'incidence négative dans laquelle l'embout d'aile 4b est pivoté d'un angle A'2 selon l'axe 15, de sorte que son bord d'attaque 15 s'oriente vers le bas et son bord de fuite vers le haut. L'angle A'1 est défini entre la corde 16 de l'embout lorsqu'il occupe sa position fictive d'incidence nulle, et la corde 16' de cet embout dans sa position réelle d'incidence positive. De la même manière, l'angle A'2 est défini entre la corde 16 de l'embout lorsqu'il occupe sa position fictive d'incidence nulle, et la corde 16" de cet embout dans sa position réelle d'incidence négative. 20 L'amplitude selon laquelle l'embout d'aile 4b peut être piloté en incidence est limitée. Par exemple, l'angle A'1 est limité 15°, tandis que l'angle A'2 peut être limité à environ -90°, de manière à amener l'embout d'aile 4b sensiblement verticalement. Cela procure de nombreux avantages, notamment en phases d'approche et d'atterrissage, car cette position engendre une augmentation du chargement mécanique 25 de la partie principale 4a de l'aile, par déchargement des efforts s'appliquant sur l'embout 4b. Il en découle avantageusement une diminution du sillage provoqué par l'aile, le sillage étant alors moins concentré en bout d'aile. Du fait de l'atténuation de ce sillage, les aéronefs peuvent ainsi atterrir les uns après les autres avec une fréquence plus élevée. De même, il devient possible de générer une traînée importante 30 permettant d'améliorer la capacité de l'aéronef à descendre avec une forte pente. Cette 3037560 6 position particulière de l'embout d'aile est également bénéfique pendant l'atterrissage, car elle permet non seulement de générer de la traînée, mais elle engendre également une meilleure capacité de freinage de l'aéronef en augmentant la charge transmise au train d'atterrissage principal. 5 En référence à présent aux figures 6 à 8, il est montré que le dispositif de jonction 12 est également conçu pour assurer un second degré de liberté de rotation entre l'embout d'aile 4b et la partie principale 4a. Ce second degré de liberté s'opère selon un second axe de rotation 17, sensiblement parallèle à la direction 14 d'écoulement du flux d'air sur l'aile. Il permet de relever l'embout d'aile 4b, notamment pendant la phase de 10 taxi, et ce pour réduire son envergure et améliorer sa compatibilité avec les différents aéroports. Sur l'exemple de la figure 6, l'embout d'aile 4b est relevé jusqu'à adopter une position sensiblement verticale, dans laquelle son envergure est réduite au maximum. Cependant, il est noté que ce second degré de liberté de pliage confère de nombreux autres avantages. Tout d'abord, cela permet de disposer d'une aile avec un 15 allongement élevé bénéfique pour les performances en vol, tout en conservant une garde au sol satisfaisante en phase de taxi, grâce à la possibilité de relever l'embout et éviter ainsi que ce dernier ne touche le sol du fait de la déformation statique de l'aile. Cette position partiellement relevée d'un angle Al est montrée sur la figure 7a. Il est également possible d'abaisser l'embout d'aile 4b d'un angle A2 20 durant la phase de croisière pour augmenter les performances de l'aéronef, comme cela a été représenté sur la figure 7b. De plus, il est noté que le pilotage en rotation de l'embout 4b selon l'axe 17 permet de répartir de manière précise les charges entre la partie principale 4a et l'embout d'aile 4b. Ce pilotage s'effectue également à l'aide du dispositif de commande 16 25 précité, étant entendu que l'embout 4b peut être simultanément commandé en incidence et en pliage, comme cela a été représenté schématiquement sur la figure 8. En effet, sur cette figure montrant une position adoptée par exemple à l'atterrissage, l'embout 4b est non seulement relevé selon l'axe 17 pour conserver une garde au sol suffisante, mais présente également une incidence négative selon l'axe 15 de manière à créer un aérofrein. 3037560 7 En référence à présent aux figures 9a à 9e, il est représenté un exemple de réalisation du dispositif de jonction 12, permettant l'obtention des deux degrés de liberté décrits ci-dessus, associés aux premier et second axes de rotation 15, 17. Le dispositif de jonction 12 comporte un premier vérin 30 de commande 5 en rotation selon l'axe 15. Ce vérin 30 est placé perpendiculairement à la corde de l'aile, en se trouvant environ à 40% de la longueur totale de cette corde en vue de dessus telle que celle de la figure 9a, en partant du bord d'attaque. Comme indiqué précédemment, ce vérin de commande 30 permet de commander la rotation de l'embout d'aile 4b relativement à la partie principale 4a, un plan de jonction 32 orthogonal à la direction Y étant défini entre 10 ces deux éléments. A cet égard, il est noté que différentes incidences de l'embout d'aile 4b ont été représentées sur les figures 9b à 9d. Le dispositif de jonction 12 comporte également un second vérin 40 de commande en rotation selon l'axe 17. Ce second vérin 40 est placé à proximité du premier vérin 30, et orienté sensiblement parallèlement à la direction 14 d'écoulement du flux d'air 15 sur l'aile, à savoir parallèlement à la direction X. Comme cela est montré sur la partie grisée de la figure 9e, le second vérin 40 est agencé plus proche du fuselage que le premier vérin 30, de sorte que ce dernier soit également mis en rotation selon l'axe 17 avec l'embout d'aile 4b, par le second vérin 40. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par 20 l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. REVENDICATIONS1. Aile d'aéronef (4) comprenant une partie principale (4a) ainsi qu'un embout d'aile (4b) monté mobile en incidence relativement à la partie principale. 2. Aile d'aéronef selon la revendication précédente, comprenant un dispositif de liaison (12) entre l'embout d'aile (4b) et la partie principale (4a) de l'aile. 3. Aile d'aéronef selon la revendication précédente, dans laquelle le dispositif de liaison (12) est configuré pour autoriser une rotation de l'embout d'aile (4b) relativement à la partie principale (4a) selon un premier axe de rotation (15) permettant le pilotage en incidence de l'embout d'aile, et pour autoriser une rotation de l'embout d'aile (4b) relativement à la partie principale (4a) selon un second axe de rotation (17) permettant de relever l'embout d'aile par pliage. 4. Aile d'aéronef selon la revendication précédente, dans laquelle le premier axe de rotation (15) est sensiblement parallèle à une direction d'envergure (10) de l'aile (4) ou orienté sensiblement selon une direction transversale (Y) de l'aéronef, et en ce que le second axe de rotation (17) est sensiblement parallèle à une direction (14) d'écoulement du flux d'air sur l'aile. 5. Aile d'aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'embout d'aile (4b) est monté mobile en incidence relativement à la partie principale (4a) selon une amplitude limitée. 6. Aile d'aéronef selon la revendication précédente, dans laquelle ladite amplitude est limitée à une plage d'angles comprise entre 15 et -15° ou entre 15° et -90°. 3037560 9 7. Aéronef (1) comprenant au moins une aile (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ainsi qu'un dispositif (16) de commande en incidence de l'embout d'aile (4b) relativement à la partie principale (4a) de l'aile. 5 8. Procédé de commande d'une aile (4) d'aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant la commande en incidence de l'embout d'aile (4b) relativement à la partie principale (4a) de l'aile, en fonction d'au moins un paramètre de vol. 10 15