Brevet FR3135708A1 — publié le 20231124

AERONEF A TRAINÉE RÉDUITE PAR LA REDUCTION D’INTENSITE DES TOURBILLONS MARGINAUX La présente invention concerne un groupe propulsif (10) pour aéronef (2) à voilure fixe, le groupe propulsif comprenant une nacelle (12) accueillant au moins deux soufflantes non coaxiales, ladite nacelle comprenant une paroi supérieure, une paroi inférieure, et deux parois latérales assurant la liaison entre les parois supérieure et inférieure, chacune des parois ayant un bord amont et un bord aval, les parois définissant ensemble un carénage généralement oblong ou rectangulaire, remarquable en ce que la nacelle comprend au moins une ailette agencée au voisinage d’un coin du carénage, l’ailette s’étendant intérieurement au carénage depuis une des parois et étant plus proche du bord aval que du bord amont de la paroi depuis laquelle elle s’étend. L’invention a également pour objet un aéronef remarquable en ce qu’il comprend des groupes propulsifs selon l’invention. (Figure à publier avec l'abrégé : Figure 1) AERONEF A TRAINEE REDUITE PAR LA REDUCTION D’INTENSITE DES TOURBILLONS MARGINAUX L’invention a trait au domaine des aéronefs, plus particulièrement des aéronefs comprenant un fuselage généralement allongé et une voilure constituée de deux ailes disposées de part et d’autre du fuselage. Art antérieur La portance d’une voilure d’aéronef induit une traînée aérodynamique par la formation de tourbillons. En effet, la portance résulte d’une différence de vitesse entre l’extrados et l’intrados de la voilure, provoquant, outre une différence de pression, une circulation rotationnelle autour de la voilure formant des tourbillons dans le sillage de la voilure. Aussi, la différence de pression entre l’extrados et l’intrados de la voilure provoque à chacune des deux extrémités de la voilure des tourbillons marginaux. Ces tourbillons forment une traînée induite en ce qu’elle est consommatrice d’énergie des phénomènes aérodynamiques liés à la portance de la voilure. Il est à noter qu’une voilure, comme tout autre élément en contact avec l’écoulement d’air, provoque également une traînée de frottement liée à la viscosité de l’air au niveau de la couche limite. Il est généralement recherché de diminuer la traînée d’une voilure, en particulier la traînée induite, c’est-à-dire celle liée à la portance de la voilure. Le document de brevet publié WO 2021/074516 A1 propose une architecture d’avion avec un fuselage allongé, une voilure portante constituée de deux ailes disposées de part et d’autre du fuselage, et deux nacelles portantes disposées directement à l’arrière des deux ailes, de manière à être directement dans le sillage des deux ailes. Chacune des nacelles forme un carénage d’entrée d’air, avec une paroi supérieure, une paroi inférieure et deux parois latérales, et loge plusieurs moteurs de propulsion dans le carénage. Les parois supérieure et inférieure forment une voilure portante auxiliaire. Le bord d’entrée d’air de la paroi inférieure est disposé directement en aval du bord de fuite de l’aile correspondante, de manière à tirer parti du sillage de l’aile. Cette conception a pour objectif de réduire la traînée aérodynamique et d’augmenter la portance de l’avion. De la même manière que les ailes de l’aéronef, les surfaces portantes de la nacelle peuvent générer des tourbillons induits, notamment aux extrémités latérales des parois portantes (inférieure et supérieure). Il existe donc une marge d’amélioration afin de réduire davantage la traînée aérodynamique et d’assurer une diminution de la consommation de carburant. La présente invention a pour objectif de proposer un groupe propulsif pour un aéronef bénéficiant des avantages de l’art antérieur en termes de faible traînée et portance accrue et vise à fortement réduire voire éliminer la création des tourbillons marginaux à l’intérieur de la nacelle tout en gardant une poussée suffisante pour que l’aéronef assure efficacement toutes ses phases de vol. L’invention a pour objet un groupe propulsif pour aéronef à voilure fixe, le groupe propulsif comprenant une nacelle accueillant au moins deux soufflantes non coaxiales, ladite nacelle comprenant une paroi supérieure, une paroi inférieure, et deux parois latérales assurant la liaison entre les parois supérieure et inférieure, chacune des parois ayant un bord amont et un bord aval, les parois définissant ensemble un carénage généralement oblong ou rectangulaire, remarquable en ce que la nacelle comprend au moins une ailette agencée au voisinage d’un coin du carénage, l’ailette s’étendant intérieurement au carénage depuis une de ses parois et étant plus proche du bord aval que du bord amont de la paroi depuis laquelle elle s’étend. Le profil de la nacelle n’est pas de forme sensiblement circulaire mais est plutôt oblong ou rectangulaire, la nacelle accueillant au moins deux soufflantes non coaxiales. Les parois supérieure et inférieure de la nacelle sont portantes. A cet effet, la nacelle de l’aéronef présente au niveau des coins d’au moins une de ses deux extrémités latérales, des tourbillons marginaux causés par la portance de la nacelle. Lorsque la nacelle est oblongue, c’est-à-dire lorsque les parois latérales sont arquées plutôt que rectilignes, on entend par « coin » une zone d’extrémité latérale de la nacelle. L’au moins une ailette étant agencée au voisinage du coin signifie que ladite ailette est préférentiellement agencée à au plus 30% d’une distance séparant un premier coin d’un deuxième coin. En effet, le carénage de la nacelle comporte au moins une extrémité latérale, un coin supérieur formé par la paroi supérieure et la paroi latérale de la nacelle, et un deuxième coin formé par la paroi inférieure et ladite paroi latérale. Préférentiellement, l’au moins une ailette s’étend perpendiculairement à la paroi (latérale et/ou supérieure et/ou inférieure) à partir de laquelle ladite ailette s’étend. L’au moins une ailette proche du coin permet de générer un tourbillon opposé de sorte à créer une interaction tourbillonnaire avec le tourbillon marginal initialement créé dans le coin de la nacelle, permettant ainsi de diminuer l’intensité nette des tourbillons marginaux et donc de la traînée induite générée par la nacelle. De façon avantageuse, les ailettes ne génèrent pas une circulation d’air additionnelle. A cet effet, la réduction de la traînée induite de la nacelle est atteinte sans variation de la portance, ce qui permet de préserver cette dernière. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’au moins une ailette s’étend depuis une paroi latérale et comprend un extrados faisant face à la paroi supérieure et un intrados faisant face à la paroi inférieure. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’au moins une ailette s’étend depuis la paroi inférieure ou depuis la paroi supérieure et comprend un intrados et un extrados, ledit extrados faisant face à la paroi latérale la plus proche. Les deux parois latérales définissent une étendue totale de la nacelle. Préférentiellement, l’au moins une ailette est agencée de manière adjacente à une des deux parois latérales. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, d’amont vers l’aval, l’au moins une ailette vient progressivement en saillie du carénage jusqu’à une longueur maximale avant de s’effiler vers l’aval. Avantageusement, la forme progressive de l’au moins une ailette permet de faciliter le guidage du flux d’air rencontrant l’ailette. Cela permet également de lisser davantage l’interaction tourbillonnaire de l’amont vers l’aval afin de réduire davantage des éventuelles perturbations aérodynamiques dues à l’interaction tourbillonnaire et qui peuvent présenter un risque de perte de poussée. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’au moins une ailette est d’une longueur correspondant à environ 10% de la distance entre le bord amont et le bord aval de la paroi depuis laquelle elle s’étend. Une ailette plus longue n’est pas indispensable car elle n’aurait pas d’effet sur les tourbillons et viendrait donc rajouter une masse inutile à l’aéronef et de la traînée de frottement. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’au moins une ailette est d’une largeur maximale comprise entre 5 et 10% de la distance entre les parois latérales. De même, une ailette trop large n’est pas indispensable. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’au moins une ailette est disposée dans une portion aval de la nacelle s’étendant sur moins de 30% de la distance entre le bord amont et le bord aval de la paroi depuis laquelle elle s’étend. Il est préférable que la longueur de l’au moins une ailette corresponde à au moins 10% et à au plus 30% de la distance séparant le bord amont du bord aval de la paroi à partir de laquelle ladite ailette s’étend. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les parois latérales comprennent chacune deux ailettes, au voisinage de leurs coins respectifs avec les parois inférieure et supérieure. Dans cette configuration, l’au moins une ailette comprend une ailette supérieure s’étendant au voisinage du coin supérieur et dont l’extrados étant en face de la paroi supérieur, l’au moins une ailette comprenant, en outre, une ailette inférieure s’étendant au voisinage du coin inférieur et dont l’intrados étant en face de la paroi inférieure. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les deux ailettes respectives à une paroi latérale donnée sont éloignées l’une de l’autre d’une distance correspondant à au moins 70% d’une hauteur totale du carénage. Avantageusement, la proximité de l’ailette supérieure à l’ailette inférieure permet la création de deux tourbillons opposés (contrarotatifs aux tourbillons marginaux) en proximité l’un par rapport à l’autre, éliminant ainsi de façon partielle l’énergie transmise à l’écoulement externe au niveau du sillage de la nacelle, ce qui permet de réduire efficacement l’intensité locale du tourbillon marginal et la traînée induite. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’au moins une ailette comprend deux ailettes sensiblement parallèles s’étendant respectivement depuis la paroi supérieure et la paroi inférieure et agencées au voisinage de deux coins respectifs avec une même paroi latérale. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le groupe propulsif comprend une paroi verticale reliant la paroi supérieure à la paroi inférieure et sensiblement parallèle aux parois latérales, et au moins une ailette intermédiaire agencée au voisinage d’un coin entre la paroi verticale et l’une des parois supérieure ou inférieure. L’invention a également pour objet un aéronef à voilure fixe comprenant un fuselage, deux ailes et deux groupes propulsifs disposés respectivement de part et d’autre du fuselage, en aval et à distance des ailes, lesdits groupes propulsifs formant une voilure auxiliaire à portance positive, comprenant deux extrémités déterminant une envergure de ladite voilure auxiliaire, remarquable en ce que les groupes propulsifs sont conformes à l’un des modes de réalisation évoqués ci-dessus, les ailettes étant dimensionnées pour qu’en conditions de vol, des tourbillons marginaux produits aux deux extrémités de la voilure auxiliaire interagissent avec des tourbillons opposés produits au droit des ailettes de sorte à diminuer la traînée tourbillonnaire de la nacelle après interaction. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, la diminution de la traînée tourbillonnaire de la nacelle est d’au moins 5%, et préférentiellement d’au moins 50%. Plus préférentiellement, la réduction de la traînée tourbillonnaire de la nacelle est de 10%. Il est entendu que cette diminution est comparable à la traînée tourbillonnaire générée par une nacelle dépourvue d’ailettes. Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, chaque ailette s’étend axialement suivant une direction qui est sensiblement parallèle à la direction qu’assume le flux d’air dans le carénage du groupe propulsif. De manière générale, l’invention permet de diminuer les tourbillons marginaux de la nacelle et réduisent d’autant la trainée induite de la nacelle. Il s’en suit une économie de carburant. Conjointement, les turbulences de sillage de l’aéronef sont réduites, ce qui présente un bénéfice pour la fluidité du trafic aérien aux abords de la piste. L’invention est adaptable aux avions existants car elle ne requiert pas de modification d’une aile ou d’un fuselage standard. représente un aéronef selon l’invention ; représente une vue isométrique d’une nacelle selon un premier mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement des interactions tourbillonnaires dans un carénage de la nacelle de la ; représente une vue agrandie d’un côté latéral d’une nacelle selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement une interaction tourbillonnaire dans le carénage de la nacelle de la . Groupe propulsif (10) pour aéronef (2) à voilure fixe, le groupe propulsif (10) comprenant une nacelle (12) accueillant au moins deux soufflantes (18) non coaxiales, ladite nacelle (12) comprenant une paroi supérieure (14), une paroi inférieure (16), et deux parois latérales (17) assurant la liaison entre les parois supérieure (14) et inférieure (16), chacune des parois (14, 16) ayant un bord amont (14.3, 16.3) et un bord aval (14.2, 16.2), les parois définissant ensemble un carénage (14, 16, 17) généralement oblong ou rectangulaire, caractérisé en ce que la nacelle (12) comprend au moins une ailette (24, 26) agencée au voisinage d’un coin (14.1, 16.1, 20.1) du carénage (14, 16, 17), l’ailette (24, 26) s’étendant intérieurement au carénage (14, 16, 17) depuis une de ses parois (14, 16, 17) et étant plus proche du bord aval que du bord amont de la paroi (14, 16, 17) depuis laquelle elle s’étend. Groupe propulsif (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’au moins une ailette (24, 26) s’étend depuis une paroi latérale (17) et comprend un extrados (24.1, 26.1) faisant face à la paroi supérieure (14) et un intrados faisant face à la paroi inférieure (16). Groupe propulsif (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’au moins une ailette (24, 26) s’étend depuis la paroi inférieure (16) ou depuis la paroi supérieure (14) et comprend un intrados (24.2, 26.2) et un extrados (24.1, 26.1), ledit extrados (24.1, 26.1) faisant face à la paroi latérale (17, 20) la plus proche. Groupe propulsif (10) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que d’amont (12.3) vers l’aval (12.2), l’au moins une ailette (24, 26) vient progressivement en saillie du carénage (14, 16, 17) jusqu’à une longueur maximale (l) avant de s’effiler vers l’aval (12.2). Groupe propulsif (10) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’au moins une ailette (24, 26) est d’une longueur (l) correspondant à environ 10% de la distance (L) entre le bord amont (14.3, 16.3, 17.3) et le bord aval (14.2, 16.2, 17.2) de la paroi (14, 16, 17) depuis laquelle elle s’étend. Groupe propulsif (10) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’au moins une ailette (24, 26) est d’une largeur maximale (w) comprise entre 5 et 10% de la distance (D) entre les parois latérales (17). Groupe propulsif (10) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’au moins une ailette (24, 26) est disposée dans une portion aval (12.3) de la nacelle s’étendant sur moins de 30% de la distance (L) entre le bord amont (14.3, 16.3, 17.3) et le bord aval (14.2, 16.2, 17.2) de la paroi (14, 16, 17) depuis laquelle elle s’étend. Groupe propulsif (10) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les parois latérales (17) comprennent chacune deux ailettes (24, 26), au voisinage de leurs coins respectifs (14.1, 16.1) avec les parois inférieure (16) et supérieure (14). Groupe propulsif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux ailettes (24, 26) respectives à une paroi latérale (17) donnée sont éloignées l’une de l’autre d’une distance correspondant à au moins 70% d’une hauteur totale (H) du carénage (14, 16, 17). Groupe propulsif (10) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l’au moins une ailette (24, 26) comprend deux ailettes (24, 26) sensiblement parallèles s’étendant respectivement depuis la paroi supérieure (14) et la paroi inférieure (16) et agencées au voisinage de deux coins respectifs (14.1, 16.1) avec une même paroi latérale (17). Groupe propulsif (10) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend une paroi verticale (20) reliant la paroi supérieure (14) à la paroi inférieure (16) et sensiblement parallèle aux parois latérales (17), et au moins une ailette intermédiaire agencée au voisinage d’un coin (20.1) entre la paroi verticale (20) et l’une des parois supérieure (14) ou inférieure (16). Aéronef (2) à voilure fixe comprenant un fuselage (4), deux ailes (6) et deux groupes propulsifs (10) disposés respectivement de part et d’autre du fuselage (4), en aval et à distance des ailes (6), lesdits groupes propulsifs (10) formant une voilure auxiliaire à portance positive, comprenant deux extrémités déterminant une envergure de ladite voilure auxiliaire, caractérisé en ce que les groupes propulsifs (10) sont conformes à l’une des revendications 1 à 11, les ailettes (24, 26) étant dimensionnées pour qu’en conditions de vol, des tourbillons marginaux (12’) produits aux deux extrémités de la voilure auxiliaire interagissent avec des tourbillons opposés (24’, 26’) produits au droit des ailettes (24, 26) de sorte à diminuer la traînée tourbillonnaire de la nacelle (12) après interaction. Aéronef (2) selon la revendication 12, caractérisé en ce que la diminution de la traînée tourbillonnaire de la nacelle (12) est d’au moins 5%, et préférentiellement d’au moins 50%. Aéronef (2) selon l’une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que chaque ailette (24, 26) s’étend axialement suivant une direction qui est sensiblement parallèle à la direction qu’assume le flux d’air dans le carénage du groupe propulsif (10).