Brevet FR3144106A1 — publié le 20240628

Aéronef comprenant un dispositif (40) de commande de vol et/ou de réduction de traînée par soufflage d’un flux (30) d’air comprimé dans une zone d’écoulement autour d’au moins une aile (20). Procédé de modification de traînée et/ou de portance d’a moins une aile (20) à l’aide d’un tel dispositif (40). Figure pour l’abrégé : Fig. 5 Aéronef comprenant un dispositif de commande de vol et/ou de réduction de traînée par soufflage L’invention se rapporte au domaine des aéronefs à ailes. L’invention présente un intérêt particulier pour les aéronefs sans équipage embarqué, connus sous la dénomination « drone » ou sous les acronymes « RPAS » (de l’anglais « Remotely Piloted Aircraft System »), « UAV » (de l’anglais « Unmanned Aerial Vehicle »), « UAS » (de l’anglais « Unmanned Air System ») ou encore « RPA » (de l’anglais « Remote ly Piloted Aircraft »). État de la technique antérieure Classiquement, un aéronef à ailes comprend des gouvernes de vol pour contrôler le mouvement de l’aéronef autour de différents axes, en particulier un axe de tangage, un axe de roulis et un axe de lacet. Les gouvernes de vol comprennent typiquement une gouverne de profondeur formant un empennage horizontal, des ailerons qui équipent les ailes, ainsi qu’une gouverne de direction, aussi appelée gouverne de symétrie. Le système électronique de commande de direction d’un tel aéronef est particulièrement complexe et coûteux. De plus, outre la quantité de pièces nécessaires au fonctionnement de gouvernes de vol conventionnelles, celles-ci tendent à augmenter la traînée de l’aéronef puisqu’elles comprennent des parties mobiles impliquant des jeux de fonctionnement et constituant des irrégularités de surface. Un but de l’invention est de simplifier et/ou de réduire le coût des équipements de commande de vol d’un aéronef, en particulier d’un aéronef sans équipage embarqué. Un autre but de l’invention est de procurer une solution permettant de réduire la traînée d’un aéronef. À cet effet, l’invention a pour objet un aéronef à ailes, comprenant : un réservoir apte à contenir un fluide tel que de l’air comprimé, un organe de soufflage configuré pour pouvoir diriger un flux dudit fluide vers une zone d’écoulement d’air autour d’une ou plusieurs desdites ailes afin de modifier la traînée et/ou la portance de cette ou ces ailes. L’organe de soufflage et le réservoir peuvent ainsi former un dispositif de commande vol, lequel peut être combiné avec des gouvernes de vol classiques ou se substituer à tout ou partie de celles-ci. L’invention fournit ainsi une alternative aux commandes de vol connues dans l’état de la technique antérieure. Le pilotage d’un tel organe de soufflage peut être réalisé par ouverture et fermeture d’une ou plusieurs électrovannes, ce qui permet de simplifier l’électronique de commande et de réduire son coût. De manière non limitative, le dispositif de l’invention peut notamment être configuré pour contrôler l’aéronef autour de l’axe de roulis. Dans un mode de réalisation, l’aéronef peut ainsi être dépourvu d’organes de commande d’action de roulis classiques, du type à ailerons reliés aux ailes. Cela permet de simplifier la commande de vol tout en éliminant les perturbations aérodynamiques qui résultent de l’assemblage de tels ailerons avec les ailes. Le dispositif de l’invention peut aussi être configuré pour contrôler l’aéronef autour de l’axe de tangage et/ou de l’axe de lacet, ce qui permet de supprimer tout ou partie des gouvernes de profondeur et de direction et de bénéficier d’avantages similaires à ceux décrits ci-dessus relatifs à la suppression des ailerons. En outre, l’organe de soufflage de l’invention permet d’optimiser les forces aérodynamiques et en particulier de réduire la traînée des ailes. Dans un mode de réalisation, l’organe de soufflage est configuré pour pouvoir diriger ledit flux dans une direction de soufflage perpendiculaire ou oblique par rapport à un plan passant par un extrados de l’une au moins des ailes, afin de pouvoir diriger ledit flux dans une direction sensiblement perpendiculaire ou oblique par rapport audit écoulement d’air. De nombreux configurations d’éjection peuvent être envisagées. Selon une première variante, l’organe de soufflage est configuré pour éjecter ledit flux en amont d’un bord d’attaque d’une ou plusieurs desdites ailes, relativement à un sens dudit écoulement d’air. Une éjection en amont du bord d’attaque d’une aile permet notamment de rapporter l’organe de soufflage sur l’aile sans qu’il soit nécessaire de le loger dans celle-ci. Selon une deuxième variante, l’organe de soufflage est configuré pour éjecter ledit flux en aval du bord d’attaque d’une ou plusieurs desdites ailes, relativement audit sens dudit écoulement d’air. Dans le cadre de cette deuxième variante, il est préféré que l’organe de soufflage soit configuré pour éjecter ledit flux en amont d’un bord de fuite de la ou des ailes, relativement audit sens dudit écoulement d’air. De manière non limitative, une aile équipée d’un organe de soufflage conforme à cette deuxième variante peut comprendre une ouverture, ou fente, par laquelle le flux est éjecté. Un soufflage du flux en aval du bord d’attaque d’une aile permet notamment d’optimiser les performances aérodynamiques, en particulier de favoriser l’augmentation de la portance et la réduction de la traînée de cette aile. Selon une troisième variante, l’organe de soufflage est configuré pour pouvoir éjecter ledit flux à une extrémité d’une ou plusieurs desdites ailes. Une éjection du flux au niveau d’une extrémité d’une aile permet de réduire le débit d’éjection nécessaire pour produire, par exemple, une action de roulis. Ces variantes de réalisation ne sont pas limitatives et peuvent être combinées entre elles. Par exemple, l’organe de soufflage peut être configuré pour éjecter le flux en aval du bord d’attaque d’une aile et au niveau de l’extrémité de cette aile. Pour autre exemple, l’organe de soufflage peut comprendre un ou plusieurs éléments d’éjection configurés pour pouvoir éjecter une partie du flux en amont du bord d’attaque d’une aile et/ou un ou plusieurs éléments d’éjection configurés pour pouvoir éjecter une autre partie du flux en aval du bord d’attaque de cette aile et/ou un ou plusieurs éléments d’éjection configurés pour pouvoir éjecter une autre partie du flux à une extrémité de cette aile. Il est préféré, mais non requis, que l’organe de soufflage soit configuré pour pouvoir éjecter un flux de manière symétrique d’une aile par rapport à l’autre. Par ailleurs, pour chacune des ailes, le flux peut être dirigé dans des directions différentes et, notamment, d’un côté ou de l’autre de l’aile. En particulier, l’organe de soufflage peut être configuré pour diriger ledit flux vers une partie de la zone d’écoulement d’air délimitée par un extrados de l’une au moins des ailes. De manière alternative ou complémentaire, l’organe de soufflage peut être configuré pour diriger ledit flux vers une partie de la zone d’écoulement d’air délimitée par un intrados de l’une au moins des ailes. À titre d’exemple, l’organe de soufflage peut comprendre un ou plusieurs éléments d’éjection configurés pour diriger le flux vers la partie de la zone d’écoulement d’air délimitée par l’extrados d’une aile et un ou plusieurs autres éléments d’éjection configurés de sorte à diriger le flux vers la partie de la zone d’écoulement d’air délimitée par l’intrados de cette aile. Une commande sélective d’éléments d’éjection qui sont différemment configurés permet ainsi de modifier la portance relative de chacune des ailes de l’aéronef et de déclencher des actions de roulis ou autre mouvement de l’aéronef. Dans un mode de réalisation, l’aéronef comprend un fuselage recevant le réservoir, ou ayant une partie formant le réservoir. Dans un mode de réalisation, l’aéronef est configuré pour être commandé à distance et/ou par pilotage automatique sans équipage à bord. Autrement dit, l’aéronef peut être du type « drone », également connu sous les acronymes « RPAS », « UAV », « UAS » ou « RPA ». Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un procédé de modification de la traînée et/ou de la portance d’une ou plusieurs ailes d’un aéronef tel que défini ci-dessus. Le procédé comprend de préférence une étape de soufflage, à l’aide dudit organe de soufflage, de sorte à diriger ledit flux vers ladite zone d’écoulement autour d’une ou plusieurs desdites ailes. Dans un mode de mise en œuvre, le soufflage est réalisé de sorte à déplacer l’aéronef en rotation autour d’un axe de roulis et/ou d’un axe de tangage et/ou d’un axe de lacet. Cela peut être réalisé en dirigeant ledit flux vers la zone d’écoulement autour d’une seule desdites ailes. Cela peut aussi être réalisé en dirigeant des parties respectives dudit flux vers la zone d’écoulement de chacune desdites ailes selon des quantités et/ou des directions respectives différentes. Dans un mode de mise en œuvre, le soufflage est réalisé de manière à produire un décollement d’une couche limite dudit écoulement d’air autour d’une ou plusieurs desdites ailes. Il est ainsi possible de réduire significativement la force de traînée. Dans un mode de mise en œuvre, le soufflage est réalisé de sorte que ledit flux soit éjecté par l’organe de soufflage avec une température identique ou sensiblement identique à la température dudit écoulement d’air. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit. La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels : La est une vue schématique de dessus d’un aéronef conforme à l’invention ; La est une vue schématique en perspective de l’aéronef de la ; La est une vue schématique en perspective d’une partie d’un ensemble comprenant une aile d’aéronef et un organe de soufflage conforme à un premier mode de réalisation de l’invention ; La est une vue schématique en perspective d’une partie d’un ensemble comprenant une aile d’aéronef et un organe de soufflage conforme à un deuxième mode de réalisation de l’invention ; La est une vue schématique de côté d’une partie de l’ensemble de la ; La est une vue schématique de côté d’une partie d’un ensemble comprenant une aile d’aéronef et un organe de soufflage conforme à un troisième mode de réalisation de l’invention. Description détaillée de modes de réalisation Il est représenté sur les figures 1 et 2 un aéronef 1 télécommandable permettant de réaliser des missions de vol sans équipage embarqué. Dans la présente description, les termes « avant » et « arrière », ainsi que « amont » et « aval », sont définis relativement à un sens S1 d’écoulement d’air lorsque l’aéronef 1 vole, autrement dit par rapport au vent relatif. Dans cet exemple nullement limitatif, l’aéronef 1 comprend un fuselage 2, des ailes 3 et 4, un empennage horizontal 5 et un empennage vertical 6 en forme de T, ainsi que des ensembles propulsifs 7 et 8 montés à l’arrière du fuselage 2. Le fuselage 2 s’étend le long d’un axe longitudinal A1 définissant un axe de roulis. Les ailes 3 et 4 s’étendent symétriquement de part et d’autre du fuselage 2, le long d’un axe de tangage A2. Chacune des ailes 3 et 4 comprend une extrémité proximale 11 par laquelle elle est reliée au fuselage 2, une extrémité distale 12, un bord d’attaque 13, un bord de fuite 14, un intrados 15 et un extrados 16. À titre indicatif, l’aéronef 1 de la peut présenter une envergure d’environ 2,5 m, l’envergure correspondant à la distance X1 entre les extrémités distales 12 des ailes 3 et 4, une longueur X2 de 3 m et une masse globale comprise entre 80 kg et 90 kg au décollage, carburant compris. De manière connue en soi, l’empennage horizontal 5 et l’empennage vertical 6 sont destinés à stabiliser l’aéronef 1 respectivement autour de l’axe de tangage A2 et d’un axe de lacet A3 (voir ). Une solution conventionnelle pour contrôler la position de ce type d’aéronef 1 en rotation autour de l’axe de roulis A1 consiste à équiper les ailes 3 et 4 d’ailerons (non représentés). Une mise en rotation simultanée des ailerons, en sens opposé d’une aile par rapport à l’autre, permet typiquement d’augmenter la portance de l’une des ailes et de réduire la portance de l’autre aile, entraînant un déplacement de l’aéronef 1 en rotation autour de l’axe de roulis A1. Les figures 3 à 6 montrent des exemples non limitatifs de dispositifs de commande de vol conformes à l’invention qui permettent, notamment, d’assurer une telle action de roulis sans qu’il soit nécessaire de commander des ailerons tels que décrits ci-dessus. De manière générale, le dispositif de l’invention comprend un organe de soufflage configuré pour souffler un flux d’un fluide au niveau de l’une ou des deux ailes 3 et 4. Le fluide formant ce flux est dans cet exemple de l’air comprimé qui est stocké dans un réservoir (non représenté) et acheminé vers l’organe de soufflage par un circuit de distribution (non représenté). Dans cet exemple, le réservoir est logé dans le fuselage 2. À titre indicatif, le réservoir peut avoir une capacité de plusieurs dizaines de litres, par exemple pour stocker 56 m 3 d’air à 700 bars. En vol, l’aéronef 1 se déplace dans une masse d’air atmosphérique. Cette masse d’air forme un écoulement, globalement selon le sens S1, autour de l’aéronef 1 et notamment autour des ailes 3 et 4 dont la forme est conçue pour limiter la résistance de l’air au déplacement de l’aéronef 1 et de sorte à optimiser la portance aérodynamique. Le dispositif de l’invention est plus précisément configuré pour pouvoir diriger le flux généré par l’organe de soufflage vers une zone s’étendant autour des ailes 3 et 4 et dans laquelle circule l’écoulement d’air atmosphérique, cette zone étant appelée « zone d’écoulement ». Dans les nombreux modes de soufflage qui peuvent être mis en œuvre conformément à l’invention, notamment ceux décrits ci-dessous, la génération d’un tel flux dans la zone d’écoulement autour de l’une ou des deux ailes 3 et 4 permet de modifier la force aérodynamique résultante qui s’exerce sur cette ou ces ailes, en particulier la portance et la traînée. Les figures 3 à 6 montrent une partie d’une aile 20 et d’un organe de soufflage selon différents modes de réalisation. L’aile 20 représentée sur ces figures peut constituer l’aile 3 de l’aéronef 1 des figures 1 et 2, étant entendu que la description qui suit s’applique par analogie à l’aile 4 de cet aéronef 1, qui est symétrique à l’aile 3, et plus généralement à une ou plusieurs ailes d’aéronefs différents de celui des figures 1 et 2. Dans le mode de réalisation de la , l’organe de soufflage 21 forme un élément d’éjection communiquant avec une fente 22 réalisée sur l’extrados 16 de l’aile 20. Dans cet exemple non limitatif, la fente 22 présente une largeur X11 d’environ 5 mm et est située à une distance X12 d’environ 6 mm du bord d’attaque 13 de l’aile 20, X11 et X12 étant considérés le long d’une direction parallèle à l’axe de roulis A1 de l’aéronef. Dans cet exemple non limitatif, la fente 22 s’étend parallèlement au bord d’attaque 13 de l’aile 20, à partir de son extrémité distale 12, sur une longueur X13 qui correspond environ au quart de la longueur de cette aile 20. La fente 22 est configurée pour éjecter un flux 30 d’air sous forme de lame. Dans cet exemple, l’éjection du flux 30 résulte d’une commande d’ouverture d’une électrovanne. De manière non limitative, le flux 30 est éjecté selon une direction formant dans cet exemple un angle X14 de 90° par rapport à un plan passant par l’extrados 16 de l’aile 20. À titre indicatif, la vitesse d’éjection du flux 30 peut être de plusieurs centaines de mètres par secondes, par exemple comprise entre 200 m/s et 300 m/s, par exemple égale à 250 m/s. Des essais ont permis de démontrer qu’un tel dispositif permet à la fois de réduire la traînée de l’aile 20 et d’améliorer sa portance, de manière significative. Notamment, en éjectant ainsi un flux d’air ayant une température de 15°C à une vitesse de 250 m/s, pour un écoulement d’air atmosphérique autour de l’aile 20 ayant une température de 15°C et une vitesse de 450 m/s, il est possible d’obtenir une réduction de la traînée de l’aile 20 proche de 100 % et une augmentation de la portance proche de 35 %. D’une part, l’organe de soufflage 21 permet de décoller la couche limite de l’écoulement d’air autour de l’aile 20, contribuant à optimiser les performances aérodynamiques de l’aile 20. D’autre part, en équipant chacune des ailes 3 et 4 d’un aéronef 1 tel celui de la avec un tel organe de soufflage 21, il est notamment possible de déplacer l’aéronef 1 en rotation autour de l’axe de roulis A1. Par exemple, de manière non limitative, l’organe de soufflage 21 peut être commandé pour éjecter un flux 30 uniquement via la fente 22 réalisée sur l’extrados 16 de l’aile 3, entraînant une rotation de l’aéronef 1 dans un sens autour de l’axe de roulis A1. Pour entraîner l’aéronef 1 en rotation dans l’autre sens autour de l’axe de roulis A1, l’organe de soufflage 21 peut être commandé pour éjecter un flux 30 uniquement via la fente 22 réalisée sur l’extrados 16 de l’aile 4. Dans le mode de réalisation des figures 4 et 5, l’organe de soufflage se distingue de celui de la en ce qu’il est configuré pour éjecter le flux 30 à l’avant du bord d’attaque 13 de l’aile 20. Ce mode de réalisation est décrit uniquement selon ses différences par rapport au mode de réalisation de la , la description qui précède s’appliquant par analogie. En référence aux figures 4 et 5, l’organe de soufflage 40 comprend un corps en forme de T qui s’étend à l’avant du bord d‘attaque 13 de l’aile 20. Plus précisément, le corps de l’organe de soufflage 40 comprend une partie avant 41 définissant une surface avant 42 convexe et abritant un élément d’éjection configuré pour éjecter le flux 30 par une fente 43 située du côté de l’extrados 16 de l’aile 20. Le corps de l’organe de soufflage 40 comprend aussi un bras 44 reliant la partie avant 41 du corps à l’aile 20. Dans cet exemple non limitatif, la fente 43 présente une largeur X21 d’environ 5 mm et le bras 44 présente une longueur X22 d’environ 25 mm correspondant à la distance entre la fente 43 et le bord d’attaque 13 de l’aile 20, X21 et X22 étant considérés le long d’une direction parallèle à l’axe de roulis A1 de l’aéronef. La distance X23 entre le bras 44 et la partie du corps formant la fente 43 est d’environ 10 mm. Le mode de réalisation de la se distingue de celui des figures 4 et 5 en ce que la longueur X22 est égale à 5 mm. La description qui précède s’applique par analogie à ce mode de réalisation. Des essais ont permis de démontrer que de tels modes de réalisation permettent eux aussi de réduire significativement la traînée de l’aile 20 et d’améliorer significativement sa portance. Notamment, en éjectant ainsi un flux d’air ayant une température de 15°C à une vitesse de 250 m/s, pour un écoulement d’air atmosphérique autour de l’aile 20 ayant une température de 15°C et une vitesse de 450 m/s, il est possible d’obtenir une réduction de la traînée de l’aile 20 proche de 32 % et 59 %, respectivement, et une augmentation de la portance proche de 16 % et 22 %, respectivement pour le mode de réalisation des figures 4 et 5 et pour celui de la . Les modes de réalisation décrits ci-dessus en référence aux figures 3 à 6 ne sont pas limitatifs et de nombreuses variantes peuvent y être apportées dans le cadre de l’invention. Par exemple, dans chacun de ces modes de réalisation, l’organe de soufflage peut être commandé de manière à éjecter un flux avec un débit d’air variable et/ou selon des orientations différentes, que ce soit pour réduire la traînée et/ou pour modifier la portance d’une ou plusieurs ailes. Dans chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus, l’organe de soufflage peut avoir une autre géométrie et/ou des dimensions différentes de celles indiquées ci-dessus et/ou occuper une autre position par rapport à l’aile à laquelle il est relié. Par exemple, l’organe de soufflage peut être configuré pour éjecter un flux sous forme de lame ou nappe rectiligne ou incurvée, unique ou multiple. Dans des variantes de réalisation, non représentées, l’organe de soufflage peut être configuré pour éjecter un flux dans une partie de zone d’écoulement délimitée non pas par l’extrados mais par l’intrados d’une aile, ou de manière sélective d’une part dans une partie de la zone d’écoulement délimitée par l’intrados et, d’autre part, dans une partie de la zone d’écoulement délimitée par l’extrados de cette aile. Ainsi, l’organe se soufflage peut être configuré pour éjecter un ou plusieurs flux sur les ailes d’un aéronef selon des débits et/ou des orientations variables, en fonction des modifications souhaitées des forces aérodynamiques s’exerçant sur les ailes. L’invention peut ainsi être mise en œuvre non seulement pour réduire la traînée et/ou pour produire une action de roulis mais aussi, de manière alternative ou complémentaire, pour produire ou contribuer à la production d’une action de tangage et/ou d’une action de lacet. Plus généralement, les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, ainsi que leurs variantes, peuvent être combinés et mis en œuvre dans des aéronefs différents de celui décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2. Notamment, l’invention peut être mis en œuvre dans un aéronef situé une autre catégorie de taille et/ou de masse, par exemple une masse inférieure à 50 kg ou au contraire supérieure à 100 kg, et/ou destiné à voler à une vitesse différente, par exemple inférieure à 150 km/h, et/ou présentant une architecture différente, par exemple une autre géométrie d’ailes et/ou de fuselage et/ou d’empennage, incluant une architecture du type aile volante, auquel cas chacune des extrémités de l’aile volante constitue une aile au sens de l’invention. Aéronef (1) à ailes (3, 4, 20), caractérisé en ce qu’il comprend : un réservoir apte à contenir un fluide tel que de l’air comprimé, un organe de soufflage (21, 40) configuré pour pouvoir diriger un flux (30) dudit fluide vers une zone d’écoulement d’air autour d’une ou plusieurs desdites ailes (3, 4, 20) afin de modifier la traînée et/ou la portance de cette ou ces ailes (3, 4, 20). Aéronef (1) selon la revendication 1, dans lequel l’organe de soufflage (21, 40) est configuré pour diriger ledit flux (30) dans une direction de soufflage perpendiculaire (X14) ou oblique par rapport à un plan passant par un extrados (16) de l’une au moins des ailes (3, 4, 20). Aéronef (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’organe de soufflage (21, 40) est configuré pour pouvoir éjecter ledit flux (30) en amont et/ou en aval d’un bord d’attaque (13) d’une ou plusieurs desdites ailes (3, 4, 20), relativement à un sens (S1) dudit écoulement d’air, et/ou pour pouvoir éjecter ledit flux (30) à une extrémité (12) d’une ou plusieurs desdites ailes. Aéronef (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’organe de soufflage (21, 40) est configuré pour pouvoir diriger ledit flux vers : une partie de la zone d’écoulement délimitée par un extrados (16) de l’une au moins des ailes (3, 4, 20), et/ou une partie de la zone d’écoulement délimitée par un intrados (15) de l’une au moins des ailes (3, 4, 20). Aéronef (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un fuselage (2) recevant le réservoir. Aéronef (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, configuré pour être commandé à distance et/ou par pilotage automatique sans équipage à bord. Procédé de modification de la traînée et/ou de la portance d’une ou plusieurs ailes (3, 4, 20) d’un aéronef (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une étape de soufflage, à l’aide dudit organe de soufflage (21, 40), de sorte à diriger ledit flux (30) vers ladite zone d’écoulement autour d’une ou plusieurs desdites ailes (3, 4, 20). Procédé selon la revendication 7, dans lequel le soufflage est réalisé de sorte à déplacer l’aéronef (1) en rotation autour d’un axe de roulis (A1) et/ou d’un axe de tangage (A2) et/ou d’un axe de lacet (A3) : soit en dirigeant ledit flux (30) vers la zone d’écoulement autour d’une seule desdites ailes (3, 4), soit en dirigeant des parties respectives dudit flux (30) vers la zone d’écoulement de chacune desdites ailes (3, 4) selon des quantités et/ou des directions respectives différentes. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le soufflage est réalisé de manière à produire un décollement d’une couche limite dudit écoulement d’air autour d’une ou plusieurs desdites ailes (3, 4). Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le soufflage est réalisé de sorte que ledit flux (30) soit éjecté par l’organe de soufflage (21, 40) avec une température identique ou sensiblement identique à la température dudit écoulement d’air.