Brevet FR3061146A1 — publié le 20180629

AÉRONEF À MOTEUR ARRIÈRE PORTÉ PAR AU MOINS UN BRAS DANS UNE POSITION DÉCALÉE EN ARRIÈRE ET À DISTANCE D'UNE EXTRÉMITÉ ARRIÈRE DE LA CELLULE DE L'AÉRONEF DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte de manière générale au domaine des aéronefs. Il est connu que l'ingestion, par un moteur d'aéronef, de la couche limite, c'est-à-dire de l'écoulement d'air à faible énergie cinétique situé au voisinage immédiat de la cellule de l'aéronef, permet de réduire l'énergie dépensée pour la propulsion ainsi que la tramée de l'aéronef, avec pour conséquence une diminution de la consommation en carburant. L'invention concerne ainsi plus particulièrement le domaine des aéronefs équipés d'un moteur agencé de manière à ingérer une partie au moins de la couche limite formée le long de la cellule de l'aéronef. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Il est connu de rapporter, dans une partie arrière de cellule d'aéronef, des moteurs à propulsion par ingestion de la couche limite. Il s'agit par exemple de deux moteurs semi-enterrés disposés côte-à-côte, faisant saillie vers le haut ou latéralement de la partie arrière de la cellule d'aéronef. Cependant, dans ce type de configuration, les deux moteurs ne permettent d'ingérer qu'une partie seulement de l'air de la couche limite circulant sur la partie arrière de la cellule d'aéronef. Pour ces configurations, la couche limite est aussi ingérée de façon non-axisymétrique par rapport à l'axe de l'entrée d'air, générant ainsi une distorsion de l'écoulement en entrée du moteur. Il existe donc un besoin d'optimisation visant à bénéficier davantage du principe de propulsion par ingestion de la couche limite. 3061146 2 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose à cet effet un aéronef, comprenant une cellule et au moins un moteur arrière. Selon l'invention, la cellule est prolongée par au moins un bras qui porte le moteur arrière et le maintient décalé en arrière et à distance d'une extrémité 5 arrière de la cellule définie sur un axe longitudinal du moteur arrière. Le moteur arrière est ainsi agencé en regard d'une partie d'extrémité arrière de la cellule de l'aéronef, et est ainsi en mesure d'ingérer une partie au moins de l'air de la couche limite circulant sur la périphérie de la cellule, d'une manière sensiblement axisymétrique. L'invention permet ainsi une réduction de la traînée globale 10 de l'aéronef. Le moteur arrière est en outre facilement accessible, par exemple pour des opérations de maintenance ou d'interchangeabilité incluant la démontabilité. Dans un premier mode de réalisation préféré de l'invention, ledit au moins un bras consiste en deux bras comportant des parties d'accrochage respectives reliées au moteur arrière, lesquelles parties d'accrochage sont diamétralement opposées 15 par rapport à l'axe longitudinal du moteur arrière, l'extrémité arrière de la cellule étant située entre les bras. De préférence, les deux bras sont conformés de sorte que les deux bras et l'extrémité arrière de la cellule délimitent un espace concave, à concavité orientée vers l'arrière, agencé devant le moteur arrière. 20 De préférence, les deux bras s'étendent symétriquement de part et d'autre d'un plan vertical médian du moteur arrière. De préférence, le moteur arrière est relié aux deux bras de sorte que le moteur arrière puisse pivoter autour d'un axe orthogonal au plan vertical médian du moteur arrière. 25 De préférence, le moteur arrière constitue un compensateur en tangage. De préférence, la cellule comporte une partie arrière qui présente une épaisseur qui se réduit progressivement en direction de l'arrière jusqu'à l'extrémité arrière de la cellule. 3061146 3 Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, ledit au moins un bras consiste en un bras unique centré par rapport à un plan vertical médian du moteur arrière. De préférence, ledit bras unique comporte une partie d'accrochage 5 reliée à une région supérieure du moteur arrière. De préférence, ledit bras unique présente une surface, disposée du côté de l'axe longitudinal du moteur arrière, qui s'éloigne de l'axe longitudinal en se rapprochant du moteur arrière. D'une manière générale, ledit au moins un bras porte avantageusement 10 un empennage vertical. Par ailleurs, ledit au moins un bras présente avantageusement une forme effilée en direction de l'arrière. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, l'aéronef est un avion comprenant un fuselage que ledit au moins un bras prolonge vers l'arrière de sorte 15 que le bras maintient le moteur arrière décalé en arrière et à distance d'une extrémité arrière centrale du fuselage constituant ladite extrémité arrière de la cellule. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre 20 d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un aéronef selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 1; la figure 3 est une vue schématique de dessus de l'aéronef de la figure 1; 25 la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la figure 3; la figure 5 est une vue schématique de côté de l'aéronef de la figure 1; les figures 6-8 sont des vues schématiques de côté d'une partie arrière de l'aéronef de la figure 1, illustrant un moteur arrière de celui-ci dans trois positions différentes. 3061146 4 la figure 9 est une vue semblable à la figure 1, illustrant un aéronef selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 10 est une vue semblable à la figure 2, illustrant un aéronef selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention; 5 la figure 11 est une vue semblable à la figure 1, illustrant un aéronef selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 12 est une vue schématique de côté d'une portion arrière de l'aéronef de la figure 11. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent 10 désigner des éléments identiques ou analogues. EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ La présente invention est applicable à différents types d'aéronefs, notamment aux avions conventionnels, mais également aux avions du type dénommé « à fuselage intégré » ou « Blended Wing Body » d'après la terminologie anglo-saxonne, ou 15 encore aux ailes volantes, c'est-à-dire aux aéronefs dont la cellule est intégralement constituée par la voilure. L'aéronef 10 selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, décrit en référence aux figures 1-8, est un avion de type conventionnel, c'est-à-dire un aéronef dont la cellule 12 comprend un fuselage 14 logeant notamment la 20 cabine de pilotage et la cabine des passagers, et deux ailes 16 respectivement raccordées à deux parties latérales du fuselage 14. D'une manière conventionnelle, la cellule 12 est de forme globalement symétrique par rapport à un plan vertical médian P de cette cellule, qui constitue un plan longitudinal de symétrie de la cellule. L'orientation verticale de ce plan médian fait référence à l'orientation de l'aéronef lorsque celui-ci est stationné 25 sur un sol horizontal. À cet égard, il est indiqué que par convention, la direction X correspond à la direction longitudinale de l'aéronef 10, qui correspond à la direction d'avancement de celui-ci. D'autre part, la direction Y correspond à la direction orientée transversalement par rapport à l'aéronef, tandis que la direction Z correspond à la direction verticale ou de 3061146 5 la hauteur de l'aéronef. Ces trois directions X, Y et Z sont orthogonales entre elles et forment un trièdre direct. À titre indicatif, les ailes 16 portent au moins deux moteurs avant 18 symétriques l'un de l'autre par rapport au plan vertical médian P, et les ailes 16 sont 5 équipées de surfaces mobiles conventionnelles (non visibles sur les figures). La cellule 12 de l'aéronef comporte en outre deux empennages horizontaux 20 de part et d'autre du plan médian vertical P et un empennage vertical 22 centré dans le plan vertical P. Selon une particularité de l'invention, la cellule 12 est prolongée par au moins un bras 30A, 30B qui porte un moteur arrière 34 et le maintient décalé en arrière 10 et à une distance D (figure 4) d'une extrémité arrière 32 de la cellule 12 définie sur un axe longitudinal 37 du moteur arrière (cet axe étant défini de manière conventionnelle comme étant l'axe de rotation du ou des rotors du moteur). Le moteur arrière 34 est donc agencé en regard de l'extrémité arrière 32 de la cellule 12 définie sur l'axe du moteur arrière, et est ainsi en mesure d'ingérer une 15 partie au moins de l'air de la couche limite 36 circulant le long de la cellule 12 (figures 1, 2, 4, 5), d'une manière sensiblement axisymétrique. Il en résulte une réduction de la traînée globale de l'aéronef. Il est en particulier remarquable que le support du moteur arrière 34 dans une telle position, au moyen d'un ou plusieurs bras prolongeant la cellule d'aéronef, 20 permet d'éviter que l'entrée d'air 34A du moteur arrière ne soit partiellement obstruée par la cellule d'aéronef comme dans les moteurs semi-enterrés de type connu. Le moteur arrière 34 est en outre facilement accessible, par exemple pour des opérations de maintenance et d'interchangeabilité. Dans le premier mode de réalisation préféré de l'invention, les bras sont 25 au nombre de deux et comportent des parties d'accrochage respectives 35A, 35B qui sont reliées au moteur arrière 34 et qui sont diamétralement opposées par rapport à l'axe longitudinal 37 du moteur arrière. Le moteur arrière 34 s'étend ainsi entre les bras 30A, 30B. 3061146 6 Dans le mode de réalisation illustré, l'aéronef 10 est un avion, et l'extrémité arrière 32 de la cellule 12 située entre les bras 30A, 30B constitue une extrémité arrière centrale 38 du fuselage 14. Le moteur arrière 34 est ainsi centré par rapport au plan vertical 5 médian P de la cellule 12. La position du moteur arrière 34 en regard de l'extrémité arrière centrale 38 du fuselage 14 permet l'ingestion d'une majeure partie de l'air de la couche limite 36 précitée par le moteur arrière 34. En effet, le fait de recevoir l'ensemble de l'air circulant à l'intérieur de la 10 couche limite 36 sur toute la périphérie du fuselage, y compris donc sur la partie haute et la partie basse du fuselage, permet d'avoir une plus grande quantité de la couche limite absorbée par le moteur, en comparaison à une installation de type connu intégrée dans une partie latérale du fuselage. Dans le premier mode de réalisation préféré de l'invention, les bras 30A, 15 30B sont des bras latéraux qui s'étendent symétriquement de part et d'autre d'un plan vertical médian V du moteur arrière 34. Dans l'exemple illustré, ce plan vertical médian V du moteur arrière se confond avec le plan vertical médian P de la cellule 12, le moteur arrière 34 étant centré par rapport au plan vertical médian P de la cellule 12. Il est à noter que les bras 30A, 30B s'étendent de manière globalement 20 parallèle à un plan horizontal XY pour que le moteur arrière 34 soit décalé en arrière de la cellule 12, et non pas décalé vers le haut ou vers le bas par rapport au fuselage. En variante, les bras 30A, 30B peuvent être orientés légèrement vers le haut ou vers le bas. Par ailleurs, la cellule 12 (en l'occurrence le fuselage 14) comporte une partie arrière 40 présentant une étendue verticale ou épaisseur H qui se réduit 25 progressivement en direction de l'arrière jusqu'à l'extrémité arrière 32 (figure 5). Il est à noter que les bras 30A, 30B s'étendent en saillie à partir de la partie arrière 40. La forme de la partie arrière 40 permet ainsi de guider de manière optimale l'air de la couche limite 36, circulant au-dessus et au-dessous du fuselage 14, vers l'entrée d'air du moteur arrière 34. 3061146 7 Dans le mode de réalisation illustré, les empennages horizontaux 20 et l'empennage vertical 22 sont raccordés à la partie arrière 40. L'empennage vertical 22 s'étend ainsi devant le moteur arrière 34. De plus, les bras 30A, 30B présentent une forme arquée de sorte que 5 chacun des bras 30A, 30B épouse la forme d'un côté correspondant d'une nacelle 42 dans laquelle est logé le moteur arrière 34. Le raccordement de chaque bras 30A, 30B à la nacelle 42 forme une continuité aérodynamique. Dans l'exemple illustré, chacun des bras 30A, 30B s'étend vers l'arrière jusqu'à une extrémité arrière de la nacelle 42. 10 En outre, chacun des deux bras 30A, 30B présente une forme effilée en direction de l'arrière. Dans l'exemple illustré, les épaisseurs de chaque bras 30A, 30B respectivement selon la direction Y et selon la direction Z se réduisent ainsi de l'avant vers l'arrière le long de la direction X, comme cela apparaît sur les figures 4 à 8 en particulier. 15 La forme effilée des bras 30A, 30B permet de réduire au mieux la masse des bras et la traînée tout en optimisant la charge que ces bras peuvent supporter. Cette forme permet en particulier une réduction de la surface mouillée. Comme le montre plus particulièrement la figure 4, la forme des deux bras 30A, 30B est telle que les bras 30A, 30B et l'extrémité arrière 32 de la cellule 12 20 délimitent un espace concave 44, à concavité orientée vers l'arrière, agencé devant le moteur arrière 34. Dans l'exemple illustré, la forme concave de l'espace concave 44 s'observe dans une vue de dessus de l'aéronef. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, tels que le mode de réalisation illustré sur les figures, le moteur arrière 34 est relié aux deux bras 30A, 30B 25 de sorte que le moteur arrière puisse pivoter autour d'un axe 46 orthogonal au plan vertical médian V du moteur arrière, un tel axe 46 étant donc parallèle à la direction Y (figures 1, 2 et 4). Les figures 6-8 illustrent ainsi le moteur arrière 34 dans trois positions différentes, à savoir une position dans laquelle le moteur arrière est légèrement basculé 30 autour de l'axe 46 de manière à orienter sa poussée légèrement vers le haut (figure 6), 3061146 8 une position neutre dans laquelle l'axe longitudinal 37 du moteur arrière est parallèle à la direction longitudinale X de l'aéronef (figure 7), et une position dans laquelle le moteur arrière est légèrement basculé autour de l'axe 46 de manière à orienter sa poussée légèrement vers le bas (figure 8). Il est à noter que les empennages horizontaux 20 et 5 l'empennage vertical 22 ne sont pas visibles sur les figures 6-8 pour plus de clarté. La liaison pivot du moteur arrière 34 aux bras 30A, 30B peut être réalisée au moyen de dispositifs conventionnels qui ne seront pas décrits ici. Bien entendu, dans le cas où le moteur arrière 34 est monté pivotant, l'extrémité arrière 32 de la cellule 12 est définie sur l'axe longitudinal 37 du moteur 10 lorsque le moteur est dans sa position neutre. La faculté de pivotement du moteur arrière 34 peut notamment être mise à profit en utilisant le moteur arrière 34 en tant que compensateur en tangage (« trim »). Il faut comprendre par-là que le système de pilotage de l'aéronef commande un déplacement de pivotement du moteur arrière 34 lorsqu'un ordre de modification du 15 réglage de compensation en tangage est donné depuis le poste de commande de l'aéronef. Cette caractéristique permet en particulier d'éviter que les empennages horizontaux 20 n'aient à remplir cette fonction. Ces empennages horizontaux 20 peuvent ainsi être intégralement constitués respectivement de deux gouvernes de profondeur de dimensions relativement réduites et d'allongement élevé. Il en résulte une diminution de 20 la traînée induite par les empennages horizontaux 20. La figure 9 illustre une variante de réalisation dans laquelle l'empennage vertical 22 des figures 1-5 est remplacé par une paire d'empennages verticaux 22A, 22B portés respectivement par les bras 30A, 30B. Les empennages verticaux 22A, 22B sont ainsi écartés latéralement par rapport au moteur arrière 34 et donc par rapport au flux 25 d'air alimentant le moteur arrière. Une telle configuration permet ainsi en particulier d'éviter que la couche limite 36 alimentant le moteur arrière ne soit perturbée par un empennage vertical avant de pénétrer dans le moteur arrière. L'ingestion de la couche limite 36 par le moteur arrière s'en trouve donc améliorée. 3061146 9 La figure 10 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les empennages horizontaux 20 sont intégrés aux bras 30A, 30B, par exemple en étant formés respectivement de plans mobiles agencés à l'extrémité arrière des bras 30A, 30B. Dans le mode de réalisation de l'invention décrit ci-dessus, les bras 30A, 5 30B sont des bras latéraux. Toutefois, d'autres configurations des bras sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les bras 30A, 30B peuvent être dans une configuration tournée à 90 degrés par rapport à celle du mode de réalisation décrit ci-dessus. Les bras sont dans ce cas respectivement dans une position haute et dans une position basse. La 10 forme de la partie arrière 40 du fuselage est alors de préférence adaptée de sorte que cette partie arrière 40 présente une étendue transversale (selon la direction Y) qui se réduit progressivement en direction de l'arrière jusqu'à l'extrémité arrière 32 de la cellule. De plus, la concavité de l'espace concave 44 est dans ce cas observable dans une vue de côté de l'aéronef (selon la direction Y). 15 Dans ce cas, la partie arrière 40 présente avantageusement une étendue latérale qui se réduit progressivement en direction de l'arrière jusqu'à l'extrémité arrière 32, de manière analogue à ce qui est décrit ci-dessus. La faculté de pivotement du moteur décrite ci-dessus peut être transposée aux modes de réalisation de ce type, auquel cas le pivotement s'effectue 20 autour d'un axe vertical. Dans certains de ces modes de réalisation, le moteur arrière peut ainsi constituer un compensateur en lacet. Dans d'autres modes de réalisation, le nombre des bras peut être supérieur à deux. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention illustré sur les 25 figures 11 et 12, le moteur arrière 34 est porté par un bras unique 30C. Ce bras unique est centré selon le plan vertical médian P de l'aéronef. Le bras unique 30C présente une surface 48, disposée du côté de l'axe longitudinal 37 du moteur arrière 34, qui s'éloigne de cet axe longitudinal 37 en se rapprochant du moteur. 3061146 10 Dans l'exemple illustré, le bras unique 30C comporte une partie d'accrochage 35C raccordée à une région supérieure du moteur arrière, de sorte que la surface 48 est une surface inférieure du bras unique 30C. De plus, dans l'exemple illustré, le bras unique 30C porte un empennage 5 vertical 22, qui est par exemple intégré à la partie d'accrochage 35C. D'une manière générale, le moteur arrière 34 peut être un turboréacteur conventionnel, ou un moteur électrique. Dans le premier cas, le moteur arrière 34 peut notamment remplir la fonction de groupe auxiliaire de puissance (« APU ») participant ou pas à la propulsion de l'aéronef. Dans le deuxième cas, l'énergie 10 électrique alimentant le moteur arrière peut être apportée par une batterie ou par un ou plusieurs générateurs entraînés par les moteurs avant 18. Le moteur arrière 34 peut en outre comporter un dispositif d'inversion de poussée et permettre l'utilisation de moteurs avant dépourvus d'un tel dispositif. Dans le cas où le moteur arrière 34 est un moteur électrique, celui-ci peut en particulier 15 comporter une soufflante à calage variable capable d'adopter un calage d'inversion de poussée. Les modes de réalisation décrits ci-dessus concernent un moteur arrière central d'avion. L'homme du métier comprendra que le mode d'agencement et de support de moteur proposé par l'invention est également applicable à un moteur 20 supporté par une aile d'avion (notamment en combinaison avec un ou plusieurs autres moteurs arrière similaires), auquel cas le ou les bras prolongent l'aile. De manière analogue, l'invention est applicable à un aéronef à fuselage intégré et à une aile volante, auquel cas le moteur arrière peut également être en position centrale, ou être décalé latéralement par rapport au plan médian vertical de l'aile volante (notamment en 25 combinaison avec un ou plusieurs autres moteurs arrière similaires). REVENDICATIONS1. Aéronef (10), comprenant une cellule (12) et au moins un moteur arrière (34), caractérisé en ce que la cellule (12) est prolongée par au moins un bras (30A, 30B; 30C) qui porte le moteur arrière (34) et le maintient décalé en arrière et à distance d'une extrémité arrière (32) de la cellule (12) définie sur un axe longitudinal (37) du moteur arrière (34). 2. Aéronef selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un bras consiste en deux bras (30A, 30B) comportant des parties d'accrochage (35A, 35B) respectives reliées au moteur arrière (34), lesquelles parties d'accrochage sont diamétralement opposées par rapport à l'axe longitudinal (37) du moteur arrière, l'extrémité arrière (32) de la cellule (12) étant située entre les bras (30A, 30B). 3. Aéronef selon la revendication 2, dans lequel les deux bras (30A, 30B) sont conformés de sorte que les deux bras (30A, 30B) et l'extrémité arrière (32) de la cellule délimitent un espace concave (44), à concavité orientée vers l'arrière, agencé devant le moteur arrière (34). 4. Aéronef selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les deux bras (30A, 30B) s'étendent symétriquement de part et d'autre d'un plan vertical médian (V) du moteur arrière (34). 5. Aéronef selon la revendication 4, dans lequel le moteur arrière (34) est relié aux deux bras (30A, 30B) de sorte que le moteur arrière puisse pivoter autour d'un axe (46) orthogonal au plan vertical médian (V) du moteur arrière. 6. Aéronef selon la revendication 5, dans lequel le moteur arrière (34) constitue un compensateur en tangage. 3061146 12 7. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel la cellule (12) comporte une partie arrière (40) qui présente une épaisseur (H) qui se réduit progressivement en direction de l'arrière jusqu'à l'extrémité arrière (32) de la cellule (12). 5 8. Aéronef selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un bras consiste en un bras unique (30C) centré par rapport à un plan vertical médian (V) du moteur arrière (34). 10 9. Aéronef selon la revendication 8, dans lequel ledit bras unique (30C) comporte une partie d'accrochage (35C) reliée à une région supérieure du moteur arrière (34). 10. Aéronef selon la revendication 8 ou 9, dans lequel ledit bras 15 unique (30C) présente une surface, disposée du côté de l'axe longitudinal (37) du moteur arrière (34), qui s'éloigne de l'axe longitudinal (37) en se rapprochant du moteur arrière (34). 11. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans 20 lequel ledit au moins un bras (30A, 30B; 30C) porte un empennage vertical (22A, 22B; 22). 12. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel ledit au moins un bras (30A, 30B; 30C) présente une forme effilée en direction de 25 l'arrière. 13. Aéronef selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, l'aéronef étant un avion comprenant un fuselage (14) que ledit au moins un bras (30A, 30B; 30C) prolonge vers l'arrière de sorte que le bras (30A, 30B; 30C) maintient le 30 moteur arrière (34) décalé en arrière et à distance d'une extrémité arrière centrale (38) du fuselage constituant ladite extrémité arrière (32) de la cellule (12).