Brevet FR3053955A1 — publié le 20180119

La présente invention concerne un aéronef motorisé comprenant un fuselage doté de trois surfaces portantes dont l'aile principale est, d'une part, équipée à ses extrémités de dispositifs permettant d'accueillir différentes rallonges d'ailes visant à modifier l'envergure et la surface de l'aile principale et, d'autre part, équipée de dispositifs mobiles, communément appelés aérofreins, permettant d'augmenter le coefficient de traîné de l'aéronef. Le système propulsif est situé en porte-à-faux dans la partie arrière du fuselage sous le plan vertical de la dérive et est relié directement à au moins une hélice propulsive. On sait qu'un des moyens de réduire la traînée aérodynamique d'un aéronef consiste à placer l'hélice à l'arrière du fuselage. Telle configuration est communément qualifiée de « hélice propulsive ». A l'inverse d'un avion avec une hélice tractive à l'avant du fuselage qui vole dans un écoulement d'air perturbé par le sillage de l'hélice, un tel aéronef présente l'avantage d'avoir une faible traînée car l'aéronef vole dans un écoulement d'air inaltéré ce qui enduit une diminution de traînée. La visibilité des occupants situés à l'avant du fuselage est améliorée car le moteur n'occupe pas une partie de l'espace à l'avant. Le bruit perçu par les occupants est réduit car l'échappement des gaz brulés du groupe motopropulseur n'est pas dirigé vers la cabine et le parebrise ne vibre pas à cause des turbulences produites par l'hélice. Dans les avions à hélice propulsive, il est courant de garder une aile portante principale mais en combinaison avec une surface portante à l'avant de celle-ci. Cette configuration est appelée « canard ». L'avantage d'une telle configuration par rapport à la configuration classique est de procurer une portance maximale supérieure pour une même surface. Dans une configuration classique, la surface portante arrière, aussi appelé empennage horizontal, participe à l'équilibre longitudinal de l'avion en créant une force aérodynamique dirigée vers le bas. Cette force étant dirigée vers le bas est néfaste à la portance de l'avion. Dans un avion canard la surface portante placée à l'avant contribue à la stabilité longitudinale en créant une force aérodynamique dirigée vers le haut, d'où l'augmentation de portance. Cependant, de par sa position à l'avant du centre de gravité, une surface portante avant a un effet indésirable sur la stabilité longitudinale de l'avion. Lorsqu'une perturbation a pour effet d'augmenter l'angle d'incidence, la surface portante à l'avant 3053955 2 produit davantage de portance ce qui génère un moment cabreur et l'avion a tendance à s'écarter de son incidence d'origine. Il est en équilibre instable. Cet effet indésirable de la surface portante à l'avant sur la stabilité longitudinale est admis sous certaines conditions de chargement très précises et engendre des 5 problèmes lorsque des systèmes hypersustentateurs sont utilisés sur l'aile principale. Pour pallier à ces problèmes des moyens de stabilisation artificiels doivent être utilisés. Par le brevet européen EP 0 084 686, on connaît déjà un aéronef bénéficient des avantages d'une surface portante à l'avant sans pour autant supporter les 10 inconvénients. En plus de la surface avant et de l'aile principale, un tel aéronef comporte une surface portante (empennage) à l'arrière de la surface portante principale pour compenser cet effet de déstabilisation. Telle configuration est communément qualifiée de « trois surfaces portantes ». 15 L'aéronef décrit par le brevet européen EP 0 084 686 est conçu pour répondre à un seul type de mission : le transport de passagers. Pour gagner en polyvalence et pour réaliser différents types de missions, il est connu de doter l'aile d'un aéronef de dispositifs lui permettant de recevoir des rallonges d'ailes. En ajoutant des rallonges d'ailes de longueur différente, l'allongement de l'aile 20 est modifié en conséquence. L'allongement de l'aile étant directement reliée à la finesse il est possible de faire varier cette dernière. De cette manière, le même aéronef peut être utilisé pour du vol sportif (vol à voile) où une grande finesse est cruciale et pour du vol classique (voyage) où la finesse est moins importante mais où le poids, l'encombrement et le contrôle sont plus importants. Le remplacement desdites 25 extensions de bout d'aile se fait facilement au sol. Les aéronefs ayant une grande finesse sont souvent dotés de dispositifs communément appelés aérofreins. Ce sont des surfaces mobiles, placés à l'intérieur de l'aile qui lorsqu'elles sont déployés sont placés perpendiculairement au vent relatif et permettent d'augmenter le coefficient de traînée de l'aéronef. Ces dispositifs sont 30 placés de part et d'autre de l'aile, souvent déployés sur l'extrados de l'aile principale. Ces aérofreins permettent un meilleur contrôle de l'aéronef surtout dans les phases d'atterrissage. Ils permettent soit une modification de trajectoire sans changement de vitesse soit une variation de vitesse tout en conservant la même trajectoire. 3053955 3 Par ailleurs, l'aéronef du brevet européen EP 0 084 686 comporte deux unités systèmes propulsifs placés de part et d'autre de l'aile. Un moyen de gagner en simplicité et en performance consiste à utiliser un seul système propulsif placé à l'intérieur du fuselage et entraînant au moins une hélice propulsive situé à l'arrière de ce dernier. 5 Dans les aéronefs à « trois surfaces portantes » comportant une seule hélice propulsive à l'arrière du fuselage, il est courant de placer le moteur à l'intérieur du fuselage dans une position médiane (derrière le cockpit) souvent proche du centre de gravité. L'hélice est entrainée en rotation grâce à un arbre de transmission. Cependant, il est connu que cet arbre de transmission est à l'origine d'une 10 augmentation de la complexité lors de la conception, de la fabrication et de l'entretien. De plus, s'il n'est pas convenablement conçu et fabriqué, il est source de problèmes récurrents. Tout ceci entraine une augmentation du coût de l'appareil et des coûts d'opération. La présente invention a pour objet de réaliser un aéronef bénéficiant des 15 avantages de la configuration à trois surfaces portantes décrits auparavant avec des rallonges d'ailes lui permettant de gagner en polyvalence et motorisé avec une hélice propulsive à l'arrière du fuselage sans pour autant supporter les inconvénients d'un arbre de transmission reliant le moteur à l'hélice. A cette fin, selon l'invention, l'aéronef comportant : 20 - une surface portante avant, symétrique par rapport à un plan longitudinal médian et située en avant du centre de gravité de l'aéronef ; - une surface portante étant l'aile principale, symétrique par rapport audit plan longitudinal médian et dont le foyer aérodynamique de ladite aile principale est situé en arrière du centre de gravité de l'aéronef ; 25 - une surface portante arrière, symétrique par rapport audit plan longitudinal médian et située en arrière de ladite aile principale ; - un système propulsif ; est caractérisé en ce que : - ladite aile principale comporte à ses extrémités des dispositifs de fixation permettant 30 d'accueillir différentes rallonges d'aile permettant une augmentation, comprise entre 5 et 50%, de l'envergure de ladite aile principale et une augmentation, comprise entre 2 et 35 %, de la surface de ladite aile principale. 3053955 4 - ladite aile principale comporte des dispositifs mobiles, communément appelés aérofreins, situés sur l'extrados de ladite aile principale, lui permettant d'augmenter le coefficient de traînée de l'aéronef ; - ledit système propulsif comportant au moins une hélice de type propulsive, est situé 5 en porte-à-faux dans la partie arrière du fuselage sous le plan vertical de la dérive, l'axe dudit système propulsif se trouvant dans ledit plan longitudinal médian ; - le système de fixation de ladite hélice propulsive (14) est directement relié à l'arbre de sortie du système propulsif (25) ; Ainsi, selon l'invention, les performances de l'avion sont supérieures grâce à la 10 position arrière de l'hélice propulsive et à la configuration à trois surfaces portantes. L'aéronef gagne en polyvalence grâce aux dispositifs lui permettant de recevoir des rallonges d'ailes facilement interchangeables. De cette façon l'envergure et la surface (en m2) de l'aile principale sont modifiables et choisies en fonction de la mission à assurer (sport ou voyage, par exemple). 15 En plaçant le moteur à l'arrière du fuselage et non pas de façon longitudinale (à l'arrière du poste de pilotage), il n'est pas nécessaire d'utiliser un arbre de transmission pour relier le moteur à l'hélice propulsive. De cette façon, le système propulsif est simple et les problèmes liés au dimensionnement, à la fabrication et à l'exploitation dudit arbre de transmission sont évités. 20 D'autres caractéristiques techniques peuvent être utilisées isolément ou en combinaison : - au moins une desdites surfaces portantes avant est pourvue d'une plate-forme assurant une fonction de marchepied. - une quille située en dessous du fuselage permettant davantage de stabilité de route. 25 Les dessins annexés illustrent l'invention et feront comprendre comment l'invention peut être réalisée : La figure 1 est une vue de dessus d'un exemple de réalisation d'un aéronef conforme à la présente invention. Les figure 2 et 3 sont respectivement des vues de côté et de face de l'aéronef 30 de la figure 1. Les figures 4 et 5 montrent, de face et de dessus respectivement, le même aéronef des figures 1 à 3 avec des rallonges d'aile différentes à celle des figures 1 à 3. La figure 6 montre schématiquement la partie arrière du fuselage où se trouve le système propulsif. 3053955 - 5 - La figure 7 montre schématiquement la partie arrière du fuselage où se trouvent les entrées d'air pour le refroidissement moteur. L'exemple de réalisation 1 de l'aéronef conforme à la présente invention, montré par les figures 1 à 7, comporte un fuselage 2 longitudinal, une surface portante avant 5 4, une aile principale 6, une surface portante arrière 12 située sur l'empennage vertical 11, une hélice propulsive 14 et un poste de pilotage sous la verrière 3. A l'avant, l'aéronef des figures 1 à 7 comporte une surface portante 4 transversale, solidaire au fuselage 2, pourvue d'ailerons 4G et 4D permettant d'agir sur le moment de tangage de l'aéronef. La surface portante avant 4 est symétrique par 10 rapport au plan vertical longitudinal médian L-L (4G et 4D de chaque côté du fuselage 2). La surface portante avant 4 est placée en avant du centre de gravité G de l'aéronef. A titre non limitatif, la distance séparant le centre de poussée de ladite surface avant 4 du centre de gravité de l'aéronef G peut être comprise entre 165 et 250% de la corde moyenne aérodynamique. La surface portante avant 4 présente une flèche d'angle Oa, 15 par exemple de l'ordre de 5°. Le poste de pilotage situé sous la verrière 3 est placé dans le plan vertical longitudinal médian L-L en avant du centre de gravité G. L'aile principale 6, transversale solidaire au fuselage 2, est pourvue d'ailerons 9G et 9D permettant d'agir sur le moment de roulis de l'aéronef, de dispositifs 20 hypersustentateurs 10G et 10D et est symétrique par rapport au plan vertical longitudinal médian L-L (6G et 6D de chaque côté du fuselage 2). Le centre de poussée de ladite aile principale surface 6 est placée en arrière du centre de gravité G de l'aéronef. L'aile principale 6 présente une flèche d'angle Op, par exemple de l'ordre de 5°, et présente un dièdre compris entre 0 et 3° (positif). 25 La surface (en m2) de la surface portante avant 4 est inférieure à la surface de l'aile principale 6 de façon à ce que la portance de la surface portante avant 4 soit inférieure à celle de ladite aile principale 6. La valeur de l'angle de calage de la surface portante avant 4 est comprise entre 0 et 4°, de préférence 2°. Sa valeur est supérieure ou égale à la valeur de l'angle de calage de l'aile principale 6, égal à 1° par exemple. 30 Ladite aile principale 6 comporte dans son extrados des dispositifs mobiles, 8G et 8D, lui permettant d'augmenter le coefficient de traînée de l'aéronef. Ces dispositifs sont communément appelés aérofreins. L'aile principale 6 comporte à ses extrémités (saumons) des dispositifs de fixation permettant d'accueillir différentes rallonges d'aile permettant une augmentation 3053955 6 comprise entre 5 et 50% de l'envergure de ladite aile principale 6 et une augmentation comprise entre 2 et 35% la surface de ladite aile principale 6. L'exemple de réalisation de l'aéronef conforme à la présente invention, montré par les figures 1 à 3, comporte deux dispositifs de bout d'aile 7G et 7D. Symétriques 5 par rapport au plan vertical longitudinal médian L-L, les deux dispositifs de bout d'aile 7G et 7D comportent à leur extrémité une surface quasi-verticale, communément appelée winglet. Ces dispositifs ont une largeur comprise entre 40 et 120% de la longueur du saumon à l'extrémité de l'aile principale 6. La hauteur H desdits dispositifs 7G et 7D est comprise entre 60 et 120% de la longueur du saumon de l'aile principale 10 6, de préférence 100%. L'envergure de l'aéronef de l'exemple de réalisation 1 avec les dispositifs de bout d'aile 7G et 7D est d'environ 11m. La figure 4 montre le même aéronef mais les rallonges d'aile 7G et 7D ont été remplacées par les rallonges d'ailes 24G et 24D. La longueur desdites rallonges est plus importante que celle des dispositifs 7G et 7D, environ 2 mètres. Lesdites rallonges 15 24G et 24D sont aussi constituées d'un winglet. La surface horizontale desdits dispositifs présente une flèche d'angle Op par rapport à la droite représentant le bord d'attaque de l'aile principale 6, comprise par exemple entre 0 et 20°. L'angle de dièdre desdites rallonges 24G et 24D par rapport à l'aile principale 6, est compris entre 0 et 10 ° (positif). 20 Le train d'atterrissage de l'aéronef de l'exemple de réalisation est de type tricycle. A titre non limitatif, ledit train d'atterrissage est fixe. Un train rentrant peut aussi être utilisé. D'une part, ledit train est constitué d'un train avant 15 composé d'une jambe de train 16, d'une roue 18, d'un carénage aérodynamique 17 et d'un système de freinage, de préférence à disque, situés à l'intérieur dudit carénage aérodynamique 17. 25 Dans son extrémité supérieure, la jambe de train 16 est fixée à la structure interne du fuselage 2. Ledit train avant 15 est situé en avant du centre de gravité G de l'avion. D'autre part, le train d'atterrissage de l'aéronef est constitué d'un train d'atterrissage principal 19 et est composé de deux sous-ensembles 19G et 19D, symétriques par rapport au plan longitudinal médian (L-L). Les sous-ensembles 19G et 19D sont 30 constitués respectivement d'une jambe de train 20G et 20D, d'une roue 22G et 22D, d'un carénage aérodynamique 21G et 21D et d'un système de freinage, de préférence à disque, situé à l'intérieur desdits carénages aérodynamiques 22G et 22D. Dans son extrémité supérieure, les jambes de train 20G et 20D sont fixées à la structure interne 3053955 7 du fuselage 2. Ledit train principal 19 est situé en arrière du centre de gravité G de l'avion. A l'arrière, l'aéronef des figures 1 à 7, comporte une surface portante arrière 12 pourvue de surfaces mobiles 13G et 13D faisant office de gouvernes aérodynamiques 5 permettant d'agir sur le moment de tangage de l'aéronef. Le système propulsif de l'aéronef est composé, à titre non limitatif, d'un moteur à combustion interne 25, situé en porte-à-faux sur la partie arrière du fuselage 2 sous le plan vertical 11 de la dérive. Par exemple, une motorisation électrique, hybride et/ou à pile à combustible peut aussi être utilisée. 10 L'hélice propulsive 14 est placée en arrière du fuselage 2 et est entraînée en rotation par le système propulsif. L'hélice 14 est reliée directement à l'arbre de sortie du système propulsif ou de son réducteur s'il en est équipé. Une rupture d'hélice n'aura aucun effet néfaste sur l'aéronef étant donné que son plan de rotation est situé en dehors de toute partie de l'aéronef. 15 L'hélice propulsive 14 comporte des moyens lui permettant de modifier son angle de calage, notamment pour sa mise en drapeau. De cette façon la traînée de l'hélice est réduite lorsque l'aéronef évolue moteur éteint. De par la position arrière du moteur 25, l'hélice 14 est reliée directement à l'arbre de sortie dudit moteur. De cette façon un éventuel arbre transmission n'est pas 20 nécessaire et l'aéronef est plus robuste, simple à fabriquer et moins coûteux. L'exemple de réalisation de l'aéronef conforme à la présente invention comporte deux entrées d'air supérieures 27G et 27D, situées de part et d'autre de l'empennage vertical. Une entrée d'air additionnelle 26 se trouve sous le fuselage et est destinée à procurer un écoulement d'air peu perturbé pour refroidir le moteur au moyen d'un 25 radiateur situé derrière ladite entrée d'air 26. REVENDICATIONS1) Aéronef comportant : - une surface portante avant (4), symétrique par rapport à un plan longitudinal médian (L-L) et située en avant du centre de gravité G de l'aéronef ; - une surface portante étant l'aile principale (6), symétrique par rapport audit plan longitudinal médian (L-L) et dont le foyer aérodynamique de ladite aile principale (6) est situé en arrière du centre de gravité G de l'aéronef ; - une surface portante arrière (12) symétrique par rapport audit plan longitudinal médian (L-L) et située en arrière de ladite aile principale (6) ; - un système propulsif ; est caractérisé en ce que : - ladite aile principale (6) comporte à ses extrémités des dispositifs de fixation permettant d'accueillir différentes rallonges d'aile permettant une augmentation, comprise entre 5 et 50%, de l'envergure de ladite aile principale (6) et une augmentation, comprise entre 2 et 35 %, de la surface de ladite aile principale (6). - ladite aile principale (6) comporte des dispositifs mobiles (8G, 8D), communément appelés aérofreins, situés sur l'extrados de ladite aile principale (6), lui permettant d'augmenter le coefficient de traînée de l'aéronef ; - ledit système propulsif comportant au moins une hélice de type propulsive, est situé en porte-à-faux dans la partie arrière du fuselage (2) sous le plan vertical de la dérive (11), l'axe (1-1) dudit système propulsif se trouvant dans ledit plan longitudinal médian (L-L) ; - le système de fixation de ladite hélice propulsive (14) est directement relié à l'arbre de sortie du système propulsif (25) ; 2) Aéronef selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite aile principale (6) comporte des dispositifs hypersustentateurs (10G, 10D) permettant d'augmenter la portance de ladite aile principale (6). 3) Aéronef selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite aile principale (6) comporte des surfaces mobiles (9G, 9D) faisant office de gouvernes aérodynamiques permettant d'agir sur le moment de roulis de l'aéronef. 4) Aéronef selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la surface portante arrière (12) est située sur la partie supérieure de l'empennage vertical (11). 3053955 9 5) Aéronef selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite hélice propulsive (14) est disposée en arrière du fuselage (2), de la surface portante arrière (12) et de l'empennage vertical (11) de façon à ne pas risquer de les endommager en cas de projection de débris provenant de ladite hélice propulsive (14). 5 6) Aéronef selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite hélice propulsive (14) est équipée d'un dispositif lui permettant la modification de son angle de calage. 7) Aéronef selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que la surface portante avant (4) comporte des surfaces mobiles (5G, 5D) faisant office de gouvernes aérodynamiques permettant d'agir sur le moment de tangage de l'aéronef. 10 8) Aéronef selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que la surface portante arrière (12) comporte des surface mobiles (13G, 13D) faisant office de gouvernes aérodynamiques permettant d'agir sur le moment de tangage de l'aéronef. 9) Aéronef selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des entrées d'air supérieures (27G, 27D) situés de part et d'autre de 15 l'empennage vertical (11), sur la partie supérieure du fuselage et symétriques par rapport audit plan longitudinal médian (L-L) et une entrée d'air inférieur (26) située dans la partie inférieure du fuselage (2) en arrière du centre de gravité G de l'aéronef. 10) Aéronef selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un train d'atterrissage avant (15) situé en avant du centre de gravité G de 20 l'aéronef et un train principal composé de deux sous-ensembles (19G, 19D), symétriques par rapport audit plan longitudinal médian (L-L) et situés en arrière dudit centre de gravité G.