Brevet FR3134796A1 — publié le 20231027

La présente invention concerne un dispositif d’optimisation d’une finesse aérodynamique d’une aile (1) d’aéronef comprenant : - un capteur (6) adapté pour être fixé sur une aile (1) d’un aéronef et étant configuré pour générer un signal représentatif de la valeur d’un paramètre de vol de l’aile (1) ; - un actionneur (5) monté à proximité d’un bord de fuite (3) de l’aile (1) et configuré pour générer des vibrations à proximité du bord de fuite (3) ; - un contrôleur (7) configuré pour, à partir du signal reçu du capteur (6), commander l’actionneur (5) en temps réel à partir d’un paramètre de vol souhaité et du signal reçu du capteur (6). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Optimisation de la portance d’une aile limitant l’augmentation de la trainée DOMAINE DE L'INVENTION L’invention concerne de manière générale le domaine des aéronefs, et plus particulièrement l’optimisation de l’aile d’un aéronef en fonction des conditions de vol de l’aéronef. ETAT DE LA TECHNIQUE En vol, des tourbillons turbulents sont générés en aval du bord de fuite de l'aile des aéronefs et dans le sillage proche du bord de fuite, et une onde de choc se développe à proximité de l’extrados de l’aile. Par ailleurs, en condition de croisière (correspondant à un nombre de Mach compris entre 0,7 et 0,8 et une altitude de l’ordre de 35 000 pieds), l'onde de choc interagit avec les tourbillons turbulents et se déplace le long de l’extrados de l'aile (oscillations entre l’amont et l’aval). Ce mouvement de l’onde de choc est connu sous le nom de « buffet transsonique » (instabilité du tremblement) et est très néfaste pour les performances aérodynamiques car il augmente la traînée de l’aile et sa variance. Or, une augmentation de la trainée de l’aile implique une augmentation de la consommation spécifique de l’aéronef et des émissions de gaz (dioxyde de carbone CO 2 et oxydes d’azote NOx). Afin de réduire la trainée, il a été proposé d’utiliser des rubans ou des AJVG (Air Jet Vortex Generators, pour générateurs de tourbillons à jets d’air). Toutefois, ces dispositifs sont très intrusifs (nervures), nécessitent une grande quantité d'énergie pour maintenir le soufflage/aspiration (AJVG) et, bien qu'ils réduisent la traînée, diminuent la portance et augmentent le bruit aérodynamique. De plus, la géométrie des nervures, bien qu'efficace pour réduire la traînée à basse vitesse (régimes subsoniques), crée des ondes de choc parasites à vitesse élevée (transsonique et supersonique). Par ailleurs, les ailes d’aéronef actuelles comprennent un volet hypersustentateur rigide contrôlé en phase de vol subsonique (c’est-à-dire au décollage et à l’atterrissage) afin de modifier la cambrure des ailes. Ce contrôle est généralement réalisé par des systèmes hydromécaniques (tels que des vérins) de type « high-lift » (pour hypersustentation). Cette modification de la cambrure a pour effet d’augmenter la surface portante de l’aile. Toutefois, ici encore, la trainée est augmentée, et par conséquence directe la consommation spécifique et les émissions de gaz également. Un but de l’invention est de remédier aux inconvénients précités, en proposant un dispositif d’optimisation d’une aile d’un aéronef, par exemple une aile d’avion ou de drone, permettant d’augmenter efficacement la portance de l’aile en conditions subsonique (décollage et atterrissage) et en condition de transsonique (croisière), tout en ralentissant, voire en réduisant la trainée de l’aile. Il est à cet effet proposé, selon un premier aspect de l’invention, un dispositif d’optimisation d’une finesse aérodynamique d’une aile d’aéronef comprenant : - un capteur adapté pour être fixé sur une aile d’un aéronef et étant configuré pour générer un signal représentatif de la valeur d’un paramètre de vol de l’aile ; - au moins un actionneur monté à proximité d’un bord de fuite de l’aile et configuré pour générer des vibrations à proximité du bord de fuite à une fréquence de vibration comprise dans un intervalle de fréquences de vibration prédéterminé ; - un contrôleur configuré pour, à partir du signal reçu du capteur, calculer un signal de contrôle de l’au moins un actionneur, le signal de contrôle comprenant des instructions de vobulation de la fréquence de vibration, et communiquer le signal de contrôle à l’au moins un actionneur de manière à commander l’au moins un actionneur ; le contrôleur étant configuré pour modifier en temps réel le signal de contrôle à partir d’un paramètre de vol souhaité et du signal reçu du capteur. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du dispositif d’optimisation selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - l’actionneur comprend l’un au moins des actionneurs suivants : un actionneur piézoélectrique, un actionneur magnétique, un électro-aimant, un polymère électro-actif ; - le dispositif d’optimisation comprend une pluralité d’actionneurs, lesdits actionneurs étant montés le long du bord de fuite de l’aile de sorte à reconstruire ledit bord de fuite ; - le capteur comprend un capteur de pression ; - le capteur est placé à une distance du bord de fuite de l’aile comprise entre 40% et 15% d’une corde associée ; - le dispositif d’optimisation comprend un capteur placé à une distance de l’ordre de 15% de la corde associée, la distance étant mesurée à partir du bord de fuite ; - le dispositif d’optimisation comprend plusieurs capteurs placés sur l’aile et répartis le long d’une hauteur de l’aile ; - le capteur s’étend entre un bord d’attaque de l’aile et l’actionneur ; - le dispositif d’optimisation comprend en outre un actionneur électroactif comprenant un alliage à mémoire de forme monté dans l’aile et configuré pour modifier une cambrure de l’aile ; - l’actionneur électroactif déforme l’aile sur une deuxième distance comprise entre 0% et 40% de la corde, la deuxième distance étant mesurée depuis le bord de fuite ; - le contrôleur est également configuré pour calculer un signal de contrôle supplémentaire de l’actionneur électroactif, communiquer le signal de contrôle supplémentaire à l’actionneur électroactif de manière à commander l’actionneur électroactif, et modifier en temps réel le signal de contrôle supplémentaire à partir du paramètre de vol souhaité et de la mesure du paramètre de vol ; et/ou - le contrôleur est en outre configuré pour recevoir une donnée relative à une vitesse de vol de l’aéronef et calculer le signal de contrôle en tenant compte de cette donnée relative à la vitesse de vol. Selon un deuxième aspect, l’invention propose une aile d’un aéronef, notamment d’un avion ou d’un drone, comprenant un dispositif selon le premier aspect. Selon un troisième aspect, l’invention propose un procédé d’optimisation d’une finesse aérodynamique d’une aile d’aéronef comprenant les étapes suivantes : S1 : mesurer une valeur d’un paramètre de vol d’une aile d’aéronef ; S2 : à partir du paramètre mesuré à l’étape S1, calculer un signal de contrôle d’au moins un actionneur configuré pour générer des vibrations à proximité du bord de fuite à une fréquence de vibration comprise dans un intervalle de fréquences de vibration prédéterminé, le signal de contrôle comprenant des instructions de vobulation de la fréquence de vibration ; S3 : communiquer le signal de contrôle à l’au moins un actionneur de manière à commander l’au moins un actionneur ; et S4 : réitérer les étapes S1 à S3 de sorte à modifier en temps réel le signal de contrôle à partir d’un paramètre de vol souhaité et de la mesure de la valeur du paramètre de vol. Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé d’optimisation selon le premier aspect sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - le paramètre de vol comprend une pression ; - en condition de croisière, l’intervalle de fréquences de vibrations prédéterminé est compris entre 100 Hz et 500 Hz, de préférence entre 200 Hz et 350 Hz ; - une amplitude des vibrations est supérieure ou égale à 0.5 mm et inférieure ou égale à 1 mm ; - le procédé d’optimisation comprend en outre une étape de détermination d’une donnée relative à une vitesse de vol de l’aéronef, et dans lequel, au cours de l’étape S2, le signal de contrôle est calculé en tenant compte de cette donnée relative à la vitesse de vol ; et/ou - le procédé d’optimisation comprend en outre les étapes suivantes : S5 : calculer un signal de contrôle supplémentaire d’au moins un actionneur supplémentaire monté à proximité d’un bord de fuite de l’aile et configuré pour modifier une cambrure de l’aile ; et S6 : communiquer le signal de contrôle supplémentaire à l’au moins un actionneur supplémentaire de manière à commander l’au moins un actionneur supplémentaire, l’étape S4 comprenant en outre la réitération des étapes S5 et S6 de sorte à modifier en temps réel le signal de contrôle supplémentaire à partir du paramètre de vol souhaité et de la mesure du paramètre de vol. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La est un organigramme d’étapes d’un exemple de procédé selon un mode de réalisation de l’invention ; La illustre de manière schématique une aile d’un aéronef comprenant un exemple de dispositif d’optimisation conforme à un mode de réalisation de l’invention ; La est une vue en perspective illustrant un exemple d’aile d’un aéronef conforme à un mode de réalisation de l’invention ; et La est une vue en coupe schématique d’un exemple d’aile conforme à un mode de réalisation comprenant un dispositif d’optimisation de la portance, sur laquelle ont été représentées quatre exemples de cambrure pouvant être obtenue grâce à un actionneur électroactif. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Dispositif d’optimisation d’une finesse aérodynamique d’une aile (1) d’aéronef comprenant : - un capteur (6) adapté pour être fixé sur une aile (1) d’un aéronef et étant configuré pour générer un signal représentatif de la valeur d’un paramètre de vol de l’aile (1) ; - au moins un actionneur (5) monté à proximité d’un bord de fuite (3) de l’aile (1) et configuré pour générer des vibrations à proximité du bord de fuite (3) à une fréquence de vibration comprise dans un intervalle de fréquences de vibration prédéterminé ; - un contrôleur (7) configuré pour, à partir du signal reçu du capteur (6), calculer un signal de contrôle de l’au moins un actionneur (5), le signal de contrôle comprenant des instructions de vobulation de la fréquence de vibration, et communiquer le signal de contrôle à l’au moins un actionneur (5) de manière à commander l’au moins un actionneur (5) ; le contrôleur étant configuré pour modifier en temps réel le signal de contrôle à partir d’un paramètre de vol souhaité et du signal reçu du capteur (6). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l’actionneur (5) comprend l’un au moins des actionneurs suivants : un actionneur piézoélectrique, un actionneur magnétique, un électro-aimant, un polymère électro-actif. Dispositif selon l’une des revendications 1 et 2, comprenant une pluralité d’actionneurs (5), lesdits actionneurs (5) étant montés le long du bord de fuite (3) de l’aile (1) de sorte à reconstruire ledit bord de fuite (3). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le capteur (6) comprend un capteur de pression. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le capteur (6) est placé à une distance du bord de fuite (3) de l’aile (1) comprise entre 40% et 15% d’une corde associée. Dispositif selon la revendication 5, comprenant un capteur (6) placé à une distance de l’ordre de 15% de la corde associée, la distance étant mesurée à partir du bord de fuite (3). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant plusieurs capteurs (6) placés sur l’aile (1) et répartis le long d’une hauteur de l’aile (1). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le capteur (6) s’étend entre un bord d’attaque (2) de l’aile (1) et l’actionneur (5). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un actionneur électroactif (8) comprenant un alliage à mémoire de forme monté dans l’aile (1) et configuré pour modifier une cambrure de l’aile (1). Dispositif selon la revendication 9, dans lequel l’actionneur électroactif (8) déforme l’aile (1) sur une deuxième distance comprise entre 0% et 40% de la corde, la deuxième distance étant mesurée depuis le bord de fuite (3). Dispositif selon l’une des revendications 9 et 10, dans lequel le contrôleur (7) est également configuré pour calculer un signal de contrôle supplémentaire de l’actionneur électroactif (8), communiquer le signal de contrôle supplémentaire à l’actionneur électroactif (8) de manière à commander l’actionneur électroactif (8), et modifier en temps réel le signal de contrôle supplémentaire à partir du paramètre de vol souhaité et de la mesure du paramètre de vol. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel le contrôleur (7) est en outre configuré pour recevoir une donnée relative à une vitesse de vol de l’aéronef et calculer le signal de contrôle en tenant compte de cette donnée relative à la vitesse de vol. Aile (1) d’un aéronef, notamment d’un avion ou d’un drone, comprenant un dispositif selon l’une des revendications 1 à 12. Procédé d’optimisation (S) d’une finesse aérodynamique d’une aile (1) d’aéronef comprenant les étapes suivantes : S1 : mesurer une valeur d’un paramètre de vol d’une aile (1) d’aéronef ; S2 : à partir du paramètre mesuré à l’étape S1, calculer un signal de contrôle d’au moins un actionneur (5) configuré pour générer des vibrations à proximité du bord de fuite (3) à une fréquence de vibration comprise dans un intervalle de fréquences de vibration prédéterminé, le signal de contrôle comprenant des instructions de vobulation de la fréquence de vibration ; S3 : communiquer le signal de contrôle à l’au moins un actionneur (5) de manière à commander l’au moins un actionneur (5) ; et S4 : réitérer les étapes S1 à S3 de sorte à modifier en temps réel le signal de contrôle à partir d’un paramètre de vol souhaité et de la mesure de la valeur du paramètre de vol. Procédé d’optimisation (S) selon la revendication 14 dans lequel le paramètre de vol comprend une pression. Procédé d’optimisation (S) selon l’une des revendications 14 et 15, dans lequel en condition de croisière, l’intervalle de fréquences de vibrations prédéterminé est compris entre 100 Hz et 500 Hz, de préférence entre 200 Hz et 350 Hz. Procédé d’optimisation (S) selon l’une des revendications 14 à 16, dans lequel une amplitude des vibrations est supérieure ou égale à 0.5 mm et inférieure ou égale à 1 mm. Procédé d’optimisation (S) selon l’une des revendications 14 à 17, comprenant en outre une étape de détermination d’une donnée relative à une vitesse de vol de l’aéronef, et dans lequel, au cours de l’étape S2, le signal de contrôle est calculé en tenant compte de cette donnée relative à la vitesse de vol. Procédé d’optimisation (S) selon l’une des revendications 14 à 18, comprenant en outre les étapes suivantes : S5 : calculer un signal de contrôle supplémentaire d’au moins un actionneur supplémentaire (8) monté à proximité d’un bord de fuite de l’aile (1) et configuré pour modifier une cambrure de l’aile (1) ; et S6 : communiquer le signal de contrôle supplémentaire à l’au moins un actionneur supplémentaire (8) de manière à commander l’au moins un actionneur supplémentaire ; l’étape S4 comprenant en outre la réitération des étapes S5 et S6 de sorte à modifier en temps réel le signal de contrôle supplémentaire à partir du paramètre de vol souhaité et de la mesure du paramètre de vol.