Brevet FR3082186A1 — publié le 20191213

ENSEMBLE DE PROPULSION POUR UN AERONEF A DECOLLAGE ET ATTERRISSAGE VERTICAUX DOMAINE [1] La présente invention concerne un ensemble de propulsion pour un aéronef à décollage et atterrissage verticaux. CONTEXTE [2] Les aéronefs à décollage et atterrissage verticaux, dont l'acronyme anglais est VTOL (pour « Vertical Take Off and Landing ») peuvent être classés en plusieurs catégories, en fonction des moyens propulsifs utilisés pour les phases de déplacement vertical, telle que le décollage ou l'atterrissage, et les phases d'avance horizontale. [3] Une première catégorie concerne les aéronefs comportant uniquement des ensembles de propulsion dits verticaux, généralement identiques, utilisés aussi bien pour les phases verticales que pour les phases d'avance. Un ensemble de propulsion vertical comporte classiquement une hélice dont l'axe de rotation est orienté verticalement. Une telle architecture présente une faible complexité mais limite la vitesse d'avance du véhicule. Le document EP 2 234 883 divulgue un aéronef appartenant à cette catégorie. [004] Une deuxième catégorie concerne les aéronefs comportant un ou plusieurs ensembles de propulsion verticaux utilisés pour les phases verticales et un ou plusieurs ensembles de propulsion additionnels, fixes, utilisés pour les phases d'avance. Une telle architecture est un compromis répondant à la fois aux besoins de faible complexité et de vitesse d'avance importante. Le document EP 0 539 464 divulgue un aéronef appartenant à cette catégorie. [005] Une troisième catégorie concerne les aéronefs comportant uniquement des ensembles de propulsion mobiles. Les ensembles de 2 propulsion mobiles peuvent être orientés verticalement ou horizontalement en fonction de la phase de vol. Une telle architecture permet d'obtenir une grande vitesse d'avance au prix d'une grande complexité. Le document EP 3 296 202 divulgue un aéronef appartenant à cette catégorie. 5 [006] Une quatrième catégorie concerne les aéronefs comportant un ou plusieurs ensembles de propulsion verticaux, utilisés pour les phases verticales, et un ou plusieurs ensembles de propulsion additionnels, mobiles, dont l'orientation peut être modifiée en fonction des phases de vol (phase verticale ou phase d'avance). Les ensembles mobiles fournissent alors un 10 complément de sustentation lors des phases verticales, et assurent la propulsion lors des phases d'avance horizontale. Le document FR 2 997 924 divulgue un aéronef appartenant à cette catégorie. [7] Pour les aéronefs appartenant aux deuxième et quatrième catégories, il est intéressant de caréner les rotors des ensembles de propulsion verticaux 15 afin d'accroître leur efficacité. [8] L'efficacité est d'autant plus importante que la hauteur du carénage, c'est-à-dire sa dimension suivant l'axe de rotation du rotor, est importante. Cependant, une hauteur importante du carénage génère une résistance aérodynamique élevée lors des phases d'avance, ce qui nuit aux 20 performances. [9] Il existe actuellement un besoin de pouvoir bénéficier d'une efficacité accrue dans les phases verticales tout en limitant la résistance aérodynamique de l'ensemble de propulsion lors des phases d'avance. RESUME DE L'INVENTION 25 [010] L'invention vise à répondre à ce besoin, de manière simple, fiable et peu onéreuse. [011] A cet effet, l'invention concerne un ensemble de propulsion pour un aéronef à décollage et atterrissage verticaux, comportant une hélice apte à être entraînée en rotation autour d'un axe par un moteur, et un carénage 3 entourant ladite hélice, caractérisé en ce que ledit ensemble comporte au moins une partie mobile apte à modifier la distance axiale entre l'hélice et l'extrémité aval du carénage. [12] De cette manière, il est possible de déployer l'ensemble de 5 propulsion, c'est-à-dire d'augmenter sa dimension axiale, dans un cas de fonctionnement correspondant par exemple à un décollage ou un atterrissage vertical de l'aéronef, de manière à maximiser le rendement de l'hélice du fait de la présence d'un carénage de grande dimension axiale. Par ailleurs, il est possible de rétracter l'ensemble de propulsion, c'est-à-dire de 10 réduire sa dimension axiale, dans un cas de fonctionnement correspondant par exemple à un déplacement ou vol horizontal de l'aéronef, de façon à réduire la résistance aérodynamique générée par l'ensemble de propulsion. [13] De façon générale, en position déployée, l'invention permet notamment d'augmenter la distance axiale entre l'hélice et l'extrémité aval 15 du carénage. Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens d'écoulement du flux d'air au travers de l'ensemble, et en particulier de l'hélice. [14] L'augmentation de la distance axiale précitée peut être obtenue en augmentant la dimension axiale du carénage en aval de l'hélice et/ou en 20 déplaçant l'hélice vers l'extrémité amont du carénage. [15] L'au moins une partie mobile peut comporter une partie du carénage. [16] Ladite partie mobile du carénage peut être mobile par rapport à une partie fixe du carénage. [17] Ladite partie mobile du carénage peut comporter des moyens 25 d'atténuation du bruit comportant par exemple une peau multiperforée ainsi qu'une âme à structure alvéolaire ou poreuse. [18] La partie mobile du carénage peut comporter une partie tronconique mobile entre une position rétractée et une position déployée dans laquelle ladite partie tronconique est apte à former un diffuseur divergent à l'extrémité 30 aval du carénage. 4 [19] La partie mobile du carénage peut comporter une partie cylindrique mobile entre une position rétractée et une position déployée dans laquelle ladite partie cylindrique prolonge l'extrémité aval du carénage. [20] L'au moins une partie mobile peut comporter un support mobile sur 5 lequel sont montés le moteur et l'hélice, ledit support étant apte à être déplacé par rapport à au moins une partie fixe du carénage. [21] Le carénage peut comporter une entrée d'air à l'extrémité amont du carénage, le support comportant une partie d'obturation apte à fermer l'entrée d'air dans une position rétractée du support, ladite partie d'obturation 10 étant écartée de l'entrée d'air dans une position déployée du support. [22] Le carénage peut comporter une entrée d'air à l'extrémité amont du carénage, l'ensemble comportant un organe d'obturation mobile apte à fermer l'entrée d'air dans une position rétractée de l'organe d'obturation, l'organe d'obturation étant écarté de l'entrée d'air dans une position déployée 15 dudit organe. [23] La support mobile ou l'organe d'obturation peut comporter au moins un déflecteur apte à rediriger un flux d'air entrant orienté perpendiculairement à l'axe de l'hélice en un flux d'air orienté selon l'axe de l'hélice. 20 [024] La partie mobile ou le support mobile peut être apte à être déplacé selon l'axe de l'hélice. [25] La partie mobile et l'organe d'obturation peuvent être aptes à être déplacés simultanément, par exemple selon l'axe de l'hélice. [26] Dans un tel cas, un même actionneur peut assurer leur déplacement 25 simultané. [27] L'invention concerne également un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble du type précité, l'axe de l'hélice étant orienté verticalement. [28] L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés. 5 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES - les figures 1 et 2 sont des vues en coupe axiale d'un ensemble de propulsion selon une première forme de réalisation, respectivement en position rétractée et en position déployée de la partie mobile et de 5 l'organe d'obturation ; - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe axiale d'un ensemble de propulsion selon une deuxième forme de réalisation, respectivement en position rétractée et en position déployée du support sur lequel sont montés le moteur et l'hélice ; 10 - les figures 5 et 6 sont des vues en coupe axiale d'un ensemble de propulsion selon une troisième forme de réalisation, respectivement en position rétractée et en position déployée d'une partie mobile du carénage formant un diffuseur. 15 DESCRIPTION DETAILLEE [29] Les figures 1 et 2 représentent un ensemble de propulsion 1 pour un aéronef à décollage et atterrissage verticaux, selon une première forme de réalisation de l'invention. [30] L'ensemble de propulsion 1 comporte une hélice 2 apte à être 20 entraînée en rotation autour d'un axe X par un moteur 3. Le moteur 3 comporte un stator 4 fixé sur un support (non représenté), lui-même solidaire d'une partie fixe 5 d'un carénage. Le moteur 3 comporte en outre un rotor solidaire en rotation de l'hélice 2. [31] La partie fixe 5 du carénage comporte des extrémités amont 6 et aval 25 7 ouvertes. Les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de circulation du flux d'air au sein de l'ensemble de propulsion 1, orienté selon l'axe X du haut vers le bas sur les figures. L'hélice 2 peut s'étendre globalement dans un plan radial situé axialement en amont du moteur 3, 6 comme illustré aux figures 1 et 2. En variante, l'hélice 2 peut s'étendre globalement dans un plan radial situé axialement en aval du moteur 3. [32] La partie fixe 5 du carénage est cylindrique et entoure l'hélice 2 avec jeu de fonctionnement minimal. La partie fixe 5 du carénage peut comporter 5 des brides radiales de fixation 8, ou des zones de continuité de carénage, à ses extrémités amont et aval. [33] Le carénage comporte en outre une partie mobile 9, située au niveau de l'extrémité aval 7 de la partie fixe 5. Dans la forme de réalisation représentée ici, la partie mobile 9 est située radialement à l'extérieur de la 10 partie fixe 5. La partie mobile 9 et/ou la partie fixe 5 peuvent comporter un traitement acoustique. En particulier la partie mobile 9 et/ou la partie fixe 5 peuvent comporter une peau multi-perforée 10 et une âme 11 à structure alvéolaire ou poreuse (figure 2). [34] La partie mobile 9 peut être déplacée par un actionneur, tel par 15 exemple qu'un moteur ou un vérin (non représentés). La partie mobile 9 peut être déplacée en translation selon l'axe X, entre une position rétractée ou escamotée, illustrée à la figure 1, et une position déployée, illustrée à la figure 2. Dans sa position rétractée, l'extrémité aval 12 de la partie mobile 9 est située axialement en regard de l'extrémité aval 7 de la partie fixe 5 du 20 carénage. Dans sa position déployée, l'extrémité aval 12 de la partie mobile 9 est située axialement en aval de l'extrémité aval 7 de la partie fixe 5 du carénage, de façon à augmenter la longueur du carénage, en particulier la distance axiale entre l'hélice 2 et l'extrémité aval de la partie mobile 9. [35] L'ensemble de propulsion 1 comporte en outre un organe d'obturation 25 13 mobile axialement en translation entre une position rétractée ou position d'obturation ou fermée, illustrée à la figure 1, et une position déployée ou position ouverte, illustrée à la figure 2. [36] L'organe d'obturation 13 comporte, en périphérie radialement externe, une cloison cylindrique 14 comportant des ouvertures 15 régulièrement 30 réparties sur la circonférence, et une paroi de fermeture 16 s'étendant radialement depuis l'extrémité amont de la cloison cylindrique. 7 [37] L'organe d'obturation 13 peut comporter en outre un déflecteur central 17 arrondi et un déflecteur périphérique 18, de forme arrondie également. Les déflecteurs 17, 18 sont orientés et positionnés de manière à ce que, lorsque de l'air F pénètre radialement de l'extérieur vers l'intérieur au travers 5 des ouvertures 15 de la cloison cylindrique 14, cet air F soit dirigé ou orienté axialement vers l'aval. L'organe d'obturation 13 peut être déplacé par un actionneur, tel par exemple qu'un moteur ou un vérin (non représentés). [38] L'organe d'obturation 13 et la partie mobile 9 peuvent être déplacés ou utilisés indépendamment l'un de l'autre, ou simultanément. Si le 10 déplacement est simultané, un même actionneur peut assurer leur déplacement simultané. [39] Le fonctionnement d'un tel ensemble de propulsion 1 va maintenant être décrit en référence aux figures 1 et 2. [40] Dans le cas d'une phase de vol correspondant à une phase d'avance 15 horizontale, l'organe d'obturation 13 et la partie mobile 9 du carénage sont maintenus en position rétractée, comme illustré à la figure 1. La paroi de fermeture 16 ferme alors l'ouverture amont de la partie fixe 5 du carénage et le flux d'air F, dirigé radialement comme illustré par les flèches à la figure 1, ne peut pas pénétrer dans l'ensemble de propulsion 1. Le moteur 3 peut être 20 arrêté. [41] Par ailleurs, l'organe d'obturation 13 et la partie mobile 9 étant en position rétractée, la hauteur ou dimension axiale de l'ensemble de propulsion 1 est relativement faible, ce qui permet de limiter la résistance aérodynamique de l'ensemble de propulsion 1. 25 [042] Dans une phase de vol correspondant à une phase de déplacement vertical de l'aéronef, tel par exemple qu'une phase de décollage ou d'atterrissage, l'organe d'obturation 13 et la partie mobile 9 du carénage sont déplacés vers leurs positions déployées, comme illustré à la figure 2. Le moteur 3 est par ailleurs démarré, de façon à faire tourner l'hélice 2. 30 [043] L'air F peut alors pénétrer dans le carénage au travers des ouvertures 15 de l'organe d'obturation 13, l'air F étant dirigé axialement par les 8 déflecteurs 17, 18 et traversant l'hélice 2 en étant contenu par la partie fixe 5 et la partie mobile 9 du carénage. Dans un tel cas, la hauteur de l'ensemble de propulsion 1 est importante. En particulier, le déplacement de la partie mobile 9 du carénage vers sa position déployée permet de maximiser la 5 distance axiale d entre l'hélice 2 et l'extrémité aval 12 de la partie mobile 9 du carénage, ce qui a pour effet d'améliorer le rendement de l'hélice 2. [44] Les moyens d'atténuation acoustique 10, 11 permettent par ailleurs de limiter le bruit dans un tel cas de fonctionnement. [45] Les figures 3 et 4 représentent un ensemble de propulsion 1 pour un 10 aéronef à décollage et atterrissage verticaux, selon une deuxième forme de réalisation de l'invention. [46] Comme précédemment, l'ensemble de propulsion 1 comporte une hélice 2 apte à être entraînée en rotation autour d'un axe X par un moteur 3. Le stator 4 du moteur 3 est fixé sur un support mobile 19. 15 [047] L'hélice 2 est entourée par un carénage fixe 5 de forme cylindrique, comportant des extrémités amont 6 et aval 7 ouvertes. L'hélice 2 s'étend ici dans un plan radial situé axialement en aval du moteur 3. Le carénage 5 comporte des brides radiales 8 de fixation, ou des zones de continuité de carénage, à ses extrémités amont et aval 6, 7. 20 [048] Le support mobile 19 comporte, en périphérie radialement externe, une cloison cylindrique 14 comportant des ouvertures 15 régulièrement réparties sur la circonférence, et une paroi de fermeture 16 s'étendant radialement depuis l'extrémité amont de la cloison cylindrique 15. Le support mobile 19 peut comporter en outre un déflecteur central arrondi 17 et un 25 déflecteur périphérique 18, de forme arrondie également. Les déflecteurs 1, 18 sont orientés et positionnés de manière à ce que, lorsque de l'air pénètre radialement de l'extérieur vers l'intérieur au travers des ouvertures 15 de la cloison cylindrique 14, cet air soit dirigé ou orienté axialement vers l'aval. Le stator 4 du moteur 3 peut être fixé à l'extrémité aval du déflecteur central 17. 30 [049] Le support mobile 19 peut être déplacé par un actionneur, tel par exemple qu'un moteur ou un vérin (non représentés). Le support mobile 19 9 peut être déplacé en translation selon l'axe X, entre une position rétractée ou position d'obturation ou fermée, illustrée à la figure 3, et une position déployée ou position ouverte, illustrée à la figure 4. [50] Le fonctionnement d'un tel ensemble de propulsion 1 va maintenant 5 être décrit en référence aux figures 3 et 4. [51] Dans le cas d'une phase de vol correspondant à une phase d'avance horizontale, le support mobile 19 est maintenu en position rétractée, comme illustrée à la figure 3. La paroi de fermeture 16 ferme alors l'ouverture amont du carénage 5 et le flux d'air, dirigé radialement, ne peut pas pénétrer dans 10 l'ensemble de propulsion 1. Le moteur 3 peut être arrêté. [52] Par ailleurs, le support mobile 19 étant en position rétractée, la hauteur ou dimension axiale de l'ensemble de propulsion 1 est relativement faible, ce qui permet de limiter la résistance aérodynamique de l'ensemble de propulsion 1. 15 [053] Dans une phase de vol correspondant à une phase de déplacement vertical de l'aéronef, tel par exemple qu'une phase de décollage ou d'atterrissage, le support mobile 19 est déplacé vers sa position déployée, comme illustré à la figure 4. Le moteur 3 est par ailleurs démarré, de façon à faire tourner l'hélice 2. 20 [054] L'air peut alors pénétrer dans le carénage 5 au travers des ouvertures 15 du support mobile 19, l'air étant dirigé axialement par les déflecteurs 17, 18 et traversant l'hélice 2 en étant contenu par le carénage. Dans un tel cas, la hauteur de l'ensemble de propulsion 1 est plus importante. En particulier, le déplacement du support mobile 19 vers sa position déployée permet de 25 maximiser la distance axiale d entre l'hélice 2 et l'extrémité aval 7 du carénage, ce qui a pour effet d'améliorer le rendement de l'hélice 2. [55] Les figures 5 et 6 représentent un ensemble de propulsion 1 selon une troisième forme de réalisation de l'invention. [56] Comme précédemment, l'ensemble de propulsion 1 comporte une 30 hélice 2 apte à être entraînée en rotation autour d'un axe X par un moteur 3. Le moteur 3 comporte un stator 4 fixé sur un support (non représenté), lui- 10 même solidaire d'une partie fixe 5 d'un carénage. Le moteur 3 comporte en outre un rotor solidaire en rotation de l'hélice 2. [57] La partie fixe 5 du carénage comporte des extrémités amont 6 et aval 7 ouvertes. L'hélice 2 s'étend ici globalement dans un plan radial situé 5 axialement en aval du moteur 3. En variante, l'hélice 2 peut s'étendre globalement dans un plan radial situé axialement en amont du moteur 3. [58] La partie fixe 5 du carénage comporte une zone amont 5a cylindrique entourant l'hélice 2 avec jeu de fonctionnement minimal. La partie fixe 5 du carénage comporte en outre une zone aval 5b tronconique s'évasant vers 10 l'aval. [59] La partie fixe 5 du carénage comporte par ailleurs une bride radiale de fixation 8, ou une zone de continuité de carénage, à son extrémité amont 6. [60] Le carénage comporte en outre une partie mobile 9, située au niveau 15 de l'extrémité aval de la partie fixe 5. La partie mobile 9 est tronconique et s'évase vers l'aval. Dans la forme de réalisation représentée ici, la partie mobile 9 est située radialement à l'extérieur de la partie fixe 5. [61] La partie mobile 9 peut être déplacée par un actionneur, tel par exemple qu'un moteur ou un vérin (non représentés). La partie mobile 9 peut 20 être déplacée en translation selon l'axe X, entre une position rétractée ou escamotée, illustrée à la figure 1, et une position déployée, illustrée à la figure 2. Dans sa position rétractée, l'extrémité aval 12 de la partie mobile 9 est située axialement en regard de l'extrémité aval 7 de la partie fixe 5 du carénage. Dans sa position déployée, l'extrémité amont 20 de la partie 25 mobile 9 est située axialement en regard et dans le prolongement de l'extrémité aval évasée 7 de la partie fixe 5, de manière à former un diffuseur et de façon à augmenter la longueur du carénage, en particulier la distance axiale d entre l'hélice 2 et l'extrémité aval 12 de la partie mobile 9. [62] Dans le cas d'une phase de vol correspondant à une phase d'avance 30 horizontale, la partie mobile 9 du carénage est maintenue en position rétractée, comme illustrée à la figure 5. De cette manière, la hauteur ou 11 dimension axiale de l'ensemble de propulsion 1 est relativement faible, ce qui permet de limiter la résistance aérodynamique de l'ensemble de propulsion 1. [63] Dans une phase de vol correspondant à une phase de déplacement 5 vertical de l'aéronef, tel par exemple qu'une phase de décollage ou d'atterrissage, la partie mobile 9 du carénage est déplacée vers sa position déployée, comme illustré à la figure 6. Le moteur 3 est par ailleurs démarré, de façon à faire tourner l'hélice 2. [64] L'air pénétrant dans l'ouverture amont du carénage traverse l'hélice 2 10 en étant contenu par le carénage, avant de s'échapper par le diffuseur. Dans un tel cas, la hauteur de l'ensemble de propulsion 1 est importante. En particulier, le déplacement de la partie mobile 9 du carénage vers sa position déployée permet de maximiser la distance axiale d entre l'hélice 2 et l'extrémité aval de la partie mobile 9 du carénage, ce qui a pour effet 15 d'améliorer le rendement de l'hélice REVENDICATIONS1. Ensemble de propulsion (1) pour un aéronef à décollage et atterrissage verticaux, comportant une hélice (2) apte à être entraînée en rotation autour d'un axe (X) par un moteur (3), et un carénage (5, 9) entourant ladite hélice (2), caractérisé en ce que ledit ensemble (1) comporte au moins une partie mobile (9, 19) apte à modifier la distance axiale (d) entre l'hélice (2) et l'extrémité aval du carénage (5, 9). 2. Ensemble (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'au moins une partie mobile comporte une partie (9) du carénage. 3. Ensemble (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie mobile (9) du carénage comporte une partie tronconique mobile entre une position rétractée et une position déployée dans laquelle ladite partie tronconique est apte à former un diffuseur divergent à l'extrémité aval du carénage (5, 9). 4. Ensemble (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie mobile (9) du carénage comporte une partie cylindrique mobile entre une position rétractée et une position déployée dans laquelle ladite partie cylindrique prolonge l'extrémité aval du carénage (5, 9). 5. Ensemble (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'au moins une partie mobile comporte un support mobile (19) sur lequel sont montés le moteur (3) et l'hélice (2), ledit support mobile (19) étant apte à être déplacé par rapport à au moins une partie fixe (5) du carénage. 6. Ensemble (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le carénage comporte une entrée d'air à l'extrémité amont (6) du carénage, le support mobile (19) comportant une partie d'obturation (16) apte à fermer l'entrée d'air dans une position rétractée du support mobile (19), ladite partie d'obturation (16) étant écartée de l'entrée d'air dans une position déployée du support mobile (19). 7. Ensemble (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le carénage comporte une entrée d'air à l'extrémité amont (6) du 13 carénage, l'ensemble comportant un organe d'obturation mobile (13) apte à fermer l'entrée d'air dans une position rétractée de l'organe d'obturation (13), l'organe d'obturation (13) étant écarté de l'entrée d'air dans une position déployée dudit organe (13). 5 8. Ensemble (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le support mobile (19) ou l'organe d'obturation (13) comporte au moins un déflecteur (17, 18) apte à rediriger un flux d'air (F) entrant orienté perpendiculairement à l'axe (X) de l'hélice (2) en un flux d'air orienté selon l'axe (X) de l'hélice (2). 10 9. Ensemble (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie mobile (9) et l'organe d'obturation (13) sont aptes à être déplacés simultanément). 10. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble (1) selon l'une des revendications 1 à 9, l'axe (X) de l'hélice (2) 15 étant orienté verticalement.