Brevet FR3128196A1 — publié le 20230421

L’invention décrit un avion hybride (1) doté d’un fuselage (2) et d’une voilure (5) comportant, outre quatre demi-ailes (14), (24), (15), (25) à dièdres et flèches indifféremment positifs ou négatifs, des caissons (13) et (23) avec emplantures audit fuselage (2) qui ont à la fois une portance et de la contenance. Les emplantures desdites demi-aile (14) audit caisson (13) et demi-aile (24) audit caisson (23) d’une part, et desdites demi-aile (15) audit caisson (13) et demi-aile (25) audit caisson (23) d’autre part, sont placées à des hauteurs différentes. Lesdits caissons (13) et (23) peuvent accueillir des réservoirs d’hydrogène (86) et/ou peuvent être intégrés pour tout ou partie à la cabine passagers (88). Ledit avion (1) peut être pourvu de tout type d’empennage. L’avion de l’invention bénéficie à la fois d’une envergure limitée, d’une stabilité intrinsèque, d’un rapport contenance/longueur très favorable, et d’un rapport contenance/envergure non moins favorable. Avion de ligne hybride pouvant carburer à l’hydrogène, CONTEXTE Les avions de ligne vont évoluer vers la une carburation à hydrogène qui est léger et volumineux. Le volume conséquent de l’Hydrogène stocké au froid et/ou en pression conduit à rechercher de nouveaux designs. ETAT DE L’ART Les avions de ligne sont classiquement dotés d’un empennage, d’un fuselage en tube, et d’une aile constituée de deux demi-ailes droite et gauche. Ces avions à fuselage en tube ont une stabilité intrinsèque. Il existe aussi des projets d’ailes volantes prétendument candidates à l’Aviation Hydrogène, mais celles-ci manquent de stabilité. Ce manque de stabilité ne peut être corrigé que par une électronique analogue à celle du Boeing 737-Max qui avait une faiblesse intrinsèque de stabilité. Les ailes volantes ont aussi ont un très mauvais rapport contenance/envergure. Elles ont l’avantage d’un bon rapport contenance/longueur, et leur architecture laisse espérer des gains de surface mouillée et donc de traînée de frottement Cependant, d’une part leur manque de stabilité, et d’autre part leur très mauvais rapport contenance/envergure, disqualifient les ailes volantes pour les avions pouvant carburer à l’hydrogène. En effet, les avions à carburation hydrogène ont besoin à la fois d’une envergure limitée, d’une stabilité intrinsèque, d’un rapport contenance/longueur très favorable, et d’un rapport contenance/envergure non moins favorable. Voici comment un article de Wikipédia décrit les ailes volantes: Une aile volante désigne un aéronef ne possédant ni fuselage, ni empennage, et dont l’ensemble des différentes surfaces mobiles nécessaires à son pilotage est situé sur la voilure. Par conséquent, le cockpit est intégré à l’aile qui embarque également la charge utile ainsi que le carburant. En théorie, une aile volante offre la meilleure configuration quant au poids et aux propriétés aérodynamiques, et permet de surcroît une grande capacité d’emport ainsi qu’une faible signature radar; elle constitue donc un atout majeur pour les avions militaires. Cependant, ce type d’appareil est relativement instable, ce qui explique l’absence d’ailes volantes dans le domaine civil. Durant la Seconde Guerre mondiale, l’engouement des avionneurs pour les ailes volantes s'est intensifiée. À cette période en effet, les avions à réaction souffrent d’une autonomie plus que limitée, ce à quoi l’aile volante était un moyen de répondre du fait de sa faible traînée aérodynamique. Après la guerre, les expériences sur les ailes volantes continuèrent dans le domaine des bombardiers à grand rayon d’action. Ces avions n’avaient pas une assez grande capacité d’emport et posaient beaucoup de problèmes techniques, notamment de stabilité. On leur préféra d’autres avions. Longtemps abandonnés, de nouveaux projets d’ailes volantes voient le jour dans les années 1970-1980. Les ailes volantes offrant une faible signature radar de par leur dessin, elles répondent aux attentes des avionneurs sur le plan de la furtivité. Intérêts et inconvénients de l’Aile volante. Historiquement, l’aile volante fut longtemps défendue comme étant potentiellement la configuration la plus efficace d’un point de vue aérodynamique et masse structurelle. Une telle notion repose sur l’idée simpliste que supprimer tout ce qui ne sert pas à la portance serait bénéfique. Par ailleurs, la suppression du fuselage et de l’empennage permet un gain théorique de surface mouillée, ce qui minimise la traînée de frottement. Ce faisant, l’aile doit être capable d’assurer par elle-même la stabilité du vol et le contrôle en tangage et en lacets de l’appareil, ce qui n’est pas sa fonction habituelle. Finalement, les gains attendus demeurent mitigés en fonction des compromis nécessaires à la stabilité et aux qualités de vol. L’aile volante offre une grande capacité d’emport en volume, au prorata néanmoins de ses dimensions. Mais à l’inverse, sa capacité d’emport en masse est relativement faible. Les volets hypersustentateurs étant inexistants en raison de l’absence d’empennage, le coefficient de portance maximal d’une aile volante est beaucoup plus faible que celui d’un avion conventionnel. À masse transportée égale, la surface portante, et donc l’envergure de l’aile volante, doit être plus grande. L’Airbus A380, d’une envergure de 80 m, se voyant déjà contraint de ne pouvoir utiliser qu’un petit nombre d’aéroports, il paraît exclu qu’une aile volante pour le transport civil puisse avoir une envergure plus grande. La structure de l’aile volante se prête moins bien à la tenue des efforts de pressurisation que le tube d’un fuselage classique, dont la section circulaire est plus résistante. D’autre part, le volume utilisable est disponible, non pas en longueur, mais en largeur, dans l’aile elle-même. Les mouvements en roulis en vol seraient ainsi très désagréables pour les passagers situés sur les côtés. Enfin, une autre difficulté à résoudre liée au compartimentage transversal concerne l’évacuation des passagers en cas d’accident, les passagers n’étant pas tous à proximité d’une sortie de secours L’INVENTION L’invention décrit un avion hybride pouvant carburer à l’hydrogène qui a, à la fois, une envergure limitée, une stabilité intrinsèque, un rapport contenance/envergure très favorable, et un rapport contenance/longueur non moins favorable. L’invention décrit un avion à architecture hybride avec empennage, fuselage en tube et voilure, ladite voilure ayant une envergure limitée et comportant, outre quatre demi-ailes, des caissons qui ont à la fois une portance et de la contenance Il est entendu que la limitation de l’envergure tient justement à l’existence desdites quatre demi-ailes. Selon l’invention, un avion de ligne (1) monopont ou double pont, monocouloir ou bicouloir ou multicouloirs et pouvant carburer à l’hydrogène est doté d’une voilure (5) constituée de deux parties symétriques, à savoir une partie gauche (12) à emplanture (120) et une partie droite (22) à emplanture (220), ladite partie gauche (12) étant constituée à sa base d’un caisson (13) profilé pour avoir de la portance avec un bord supérieur en extrados et un bord inférieur en intrados, ledit caisson (13) accrochant à son bord externe une demi-aile (14) en position avant et une demi-aile en position arrière (15), les deux demi-ailes (14) et (15) étant accrochées audit caisson (13) à des hauteurs différentes, les deux hauteurs ayant l’écart maximal permis par la configuration dudit caisson (13), ladite partie droite (22) étant constituée à sa base d’un caisson (23) profilé pour avoir de la portance,avec un bord supérieur en extrados et un bord inférieur en intrados, ledit caisson (23) accrochant à son bord externe une demi-aile (24) en position avant et une demi-aile en position arrière (25) les deux demi-ailes (24) et (25) étant accrochées audit caisson (23) à des hauteurs différentes. les deux hauteurs ayant l’écart maximal permis par la configuration dudit caisson (23), lesdits caissons (13) et (23) ayant indifféremment des flèches positives ou négatives, et des dièdres positifs ou négatifs, lesdites deux demi-ailes (14) et (24) ayant indifféremment des flèches positives ou négatives, et des dièdres positifs ou négatifs, lesdites deux demi-ailes (15) et (25) ayant indifféremment des flèches positives ou négatives, et des dièdres positifs ou négatifs. Selon une version de l’invention ledit avion (1) est pourvu d’un fuselage en tube (2) de l’Etat de l’Art ledit fuselage en tube (2) étant plus ou moins aplati en ovale horizontal ou plus ou moins étiré en hauteur en ovale vertical, ledit fuselage en tube (2) pouvant être aussi constitué de 2 tubes cylindriques incomplets et accolés sur leur longueur pour former un tube ovale unique étiré en largeur, ledit fuselage (2) accrochant dans sa partie centrale ladite voilure (5) au niveau desdites emplantures (120) et (220). Selon une version de l’invention ledit avion (1) est pourvu d’un empennage (9) de l’Etat de l’Art (empennage en position basse, ou avec multiples dérives, ou bipoutre, ou en V, ou en T, ou médian, ou monobloc, etc) Selon une version de l’invention, la cabine des passagers (88) est intégrée non seulement audit fuselage en tube (2), mais aussi à tout ou partie desdits caissons (13) et (23). Selon une version de l’invention, des réservoirs d’hydrogène (86) sont intégrés audit fuselage en tube (2) et/ou à tout ou partie desdits caissons (13) et (23). Lorsque lesdits réservoirs d’hydrogène (86) occupent une partie seulement du volume desdits caissons (13) et (23), ladite cabine (88) empiète sur lesdits caissons (13) et (23). Lesdits réservoirs d’hydrogène (86) peuvent aussi occuperla totalité du volume desdits caissons (13) et (23) pour maximiser l’autonomie. Selon une version de l’invention, des moteurs à turbopropulseurs ou à turboréacteurs sont accrochés à l’une quelconque partie de ladite voilure (5), et/ou audit fuselage en tube (9) FIGURES La montre en vue de profil un avion monopont monocouloir qui est doté d’un empennage (9) de l’Etat de l’Art et d’un fuselage en tube (2) de l’Etat de l’Art, ledit fuselage en tube (2) étant plus ou moins aplati en ovale horizontal ou plus ou moins étiré en hauteur en ovale vertical. De haut en bas, la montre que ledit fuselage (2) est pourvu d’une grande zone d’emplanture (120) dans sa partie centrale. Ladite zone d’emplanture (120) accroche un caisson (13) profilé pour avoir de la portance avec un bord supérieur en extrados et un bord inférieur en intrados. Ledit caisson (13) accroche à son tour à son bord externe, une demi-aile (14) en position avant et une demi-aile en position arrière (15), les deux demi-ailes (14) et (15) étant accrochées audit caisson (13) à des hauteurs différentes, les deux hauteurs ayant l’écart maximal permis par la configuration dudit caisson (13). La montre en perspective un avion monopont monocouloir qui est doté d’un empennage (9) de l’Etat de l’Art et d’un fuselage en tube (2) de l’Etat de l’Art ledit fuselage en tube (2) étant plus ou moins aplati en ovale horizontal ou plus ou moins étiré en hauteur en ovale vertical, ledit fuselage (2) accrochant dans sa partie centrale une voilure (5), ladite voilure (5) étant constitué de deux parties symétriques, à savoir une partie gauche (12) et une partie droite (22), ladite partie gauche (12) étant constituée à sa base d’un caisson (13) profilé pour avoir de la portance avec un bord supérieur en extrados et un bord inférieur en intrados, ledit caisson (13) accrochant à son bord externe une demi-aile (14) en position avant et une demi-aile en position arrière (15), les deux demi-ailes (14) et (15) étant accrochées audit caisson (13) à des hauteurs différentes, les deux hauteurs ayant l’écart maximal permis par la configuration dudit caisson (13). ladite partie droite (22) étant montrée comme symétrique de ladite partie gauche (12) avec un caisson (23), une demi-aile (24) en position avant, et une demi-aile en position arrière (25) La montre un avion monopont monocouloir de l’invention en vue de face. La montre un avion monopont monocouloir de l’invention en vue de dessus . La montre en vue de profil un avion monopont bicouloir analogue à la qui montre en vue de profil un avion monopont monocouloir. La montre un avion monopont bicouloir de l’invention en perspective analogue à la qui montre en perspective un avion monopont monocouloir La montre un avion monopont bicouloir de l’invention en vue de face analogue à la qui montre en vue de face un avion monopont monocouloir La montre un avion monopont bicouloir de l’invention en vue de dessus analogue à la qui montre en vue de dessus un avion monopont monocouloir La montre en perspective la comparaison d’un avion monopont monocouloir de l’invention et d’un avion monopont bicouloir de l’invention. Le rapport (hauteur caisson(13) ou (23)/hauteur fuselage (2)) de l’avion monopont monocouloir peut être supérieur au rapport (hauteur caisson(13) ou (23)/hauteur fuselage (2)) de l’avion monopont bicouloir. La montre en perspective un avion monopont monocouloir de l’invention doté d’un empennage (9) à deux dérives. La montre en vue de dessus un avion monocouloir monopont où des réservoirs d’hydrogène (86) occupent, non seulement la partie arrière dudit fuselage en tube (2), mais aussi une partie du volume desdits caissons (13) et (23). Dés lors, ladite cabine (88) empiète sur lesdits caissons (13) et (23. La montre en vue de dessus un avion monopont bicouloir, où des réservoirs d’hydrogène (86) occupent, non seulement la partie arrière dudit fuselage en tube (2), mais aussi une partie du volume desdits caissons (13) et (23). Dès lors, ladite cabine (88) empiète sur lesdits caissons (13) et (23. La montre en perspective un avion (1) bicouloir monopont avec 2 turbo-réacteurs attachés auxdites demi-ailes avant (14) et (24). La montre en perspective un avion (1) bicouloir monopont avec 2 turbo-réacteurs attachés auxdites demi-ailes arrière (15) et (25). La montre en perspective un avion (1) bicouloir monopont avec 6 turbo-propulseurs attachés auxdites demi-ailes avant (14) et (24), auxdites demi-ailes arrière (15) et (25), et audit fuselage en tube (2) . Avion de ligne hybride pouvant carburer à l’hydrogène, caractérisé en ce qu’ un avion de ligne (1) monopont ou double pont, monocouloir ou bicouloir ou multicouloirs, d’une envergure limitée et pouvant carburer à l’hydrogène, est doté d’une voilure (5) constituée de deux parties symétriques, à savoir une partie gauche (12) à emplanture (120) et une partie droite (22) à emplanture (220) ladite partie gauche (12) étant constituée à sa base d’un caisson (13) profilé pour avoir de la portance avec un bord supérieur en extrados et un bord inférieur en intrados, ledit caisson (13) accrochant à son bord externe une demi-aile (14) en position avant et une demi-aile en position arrière (15), les deux demi-ailes (14) et (15) étant accrochées audit caisson (13) à des hauteurs différentes, les deux hauteurs ayant l’écart maximal permis par la configuration dudit caisson (13), ladite partie droite (22) étant décrite de manière analogue à ladite partie gauche (12) en mentionnant un caisson (23), une demi-aile (24) en position avant, et une demi-aile en position arrière (25), l’envergure limitée tenant à l’existence desdites demi-ailes (14) et (24) et desdites demi-ailes(15) et (25). Avion de ligne hybride pouvant carburer à l’hydrogène selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit avion (1) est pourvu d’un fuselage en tube (2) de l’Etat de l’Art accrochant dans sa partie centrale ladite voilure (5) au niveau desdites emplantures (120) et (220), ledit fuselage en tube (2) étant plus ou moins aplati en ovale horizontal ou plus ou moins étiré en hauteur en ovale vertical, ledit fuselage en tube (2) pouvant être aussi constitué de 2 tubes cylindriques incomplets et accolés sur leur longueur pour former un tube ovale unique étiré en largeur. Avion de ligne hybride pouvant carburer à l’hydrogène selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit avion (1) est pourvu d’un empennage (9) de l’Etat de l’Art (empennage en position basse, ou avec multiples dérives, ou bipoutre, ou en V, ou en T, ou médian, ou monobloc, etc) Avion de ligne hybride pouvant carburer à l’hydrogène selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’ une cabine (88) des passagers est intégrée non seulement audit fuselage en tube (2), mais aussi à tout ou partie desdits caissons (13) et (23). Avion de ligne hybride pouvant carburer à l’hydrogène selon les revendications 1, 2, et 4, caractérisé en que des réservoirs d’hydrogène (86) sont intégrés, soit auxdits caissons (13) et (23) en totalité pour maximiser l’autonomie. soit à une partie desdits caissons (13) et (23), auquel cas une partie desdits caissons (13) et (23) peut devenir une partie de cabine (88). des réservoirs d’hydrogène (86) pouvant aussi être intégrés audit fuselage en tube (2) Avion de ligne hybride pouvant carburer à l’hydrogène selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des moteurs à turbopropulseurs ou à turboréacteurs sont accrochés l’une quelconque partie de ladite voilure (5) et/ou audit fuselage en tube (9)