FR2572705A1 - Dispositif d'hypersustentation aerodynamique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF D'HYPERSUSTENTATION AERODYNAMIQUE ASSOCIE A UNE AILE, COMPORTANT UN VOLET MOBILE D'INTRADOS RELIE AU PROFIL PRINCIPAL DE L'AILE, ET DES MOYENS DE COMMANDE POUR LA SORTIE DU VOLET. CONFORMEMENT A L'INVENTION, LE VOLET MOBILE 4 EST DEFORMABLE, ET PRESENTE UN BORD D'ATTAQUE 5 ASSUJETTI A UNE TRAJECTOIRE PREDETERMINEE PAR RAPPORT AU PROFIL ET UN BORD DE FUITE 6 RELIE A L'INTRADOS DUDIT PROFIL, DE FACON QUE LE DEPLACEMENT DU BORD D'ATTAQUE 5 GENERE SIMULTANEMENT UNE ENTREE D'AIR 12 POUR UN SOUFFLAGE DE L'EXTRADOS AU NIVEAU DU BORD DE FUITE DE L'AILE ET UNE COURBURE DU VOLET MOBILE 4 AUGMENTANT LE COEFFICIENT DE PORTANCE AUX BASSES VITESSES. APPLICATION A L'AVIATION LEGERE, AVEC DES CONDITIONS DE VOL AMELIOREES, EN PARTICULIER AUX TRES BASSES VITESSES, ET LA POSSIBILITE D'UNE CHARGE UTILE IMPORTANTE.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'hypersustentation aérodynamique associé à une aile1 comportant un volet mobile d'intrados relié au profil principal de l'aile, et des moyens de commande permettant de déplacer le volet mobile depuis une position volet rentré dans laquelle ledit volet est logé dans le bord de fuite du profil principal, jusqu'à une position volet totalement sorti correspondant à une fonction d'hypersustentation maximale.

Dans le but d'accroître les performances des plans porteurs, notamment aux basses vitesses, les réalisations connues utilisent indépendamment ou simultanément, deux techniques aérodynamiques intervenant dans la fonction d'hypersustentation, à savoir d'une part une technique de soufflage de la couche limite pour diminuer la vitesse de décrochage du profil utilisé, et d'autre part une technique utilisant un volet mobile d'intrados pour augmenter la surface portante par allongement de la corde du profil et accroître le coefficient de portance aux basses vitesses par modification de la courbure dudit profil.

La technique de modification de la courbure du plan porteur par l'action de volets, sans soufflage de couche limite, est en effet très largement exploitée, aussi bien pour des avions ultra-légers motorisés (ULM), que pour des avions légers civils, et même aussi pour certains avions de ligne ou de combat. Il a été ainsi récemment proposé un ULM monoplace à voilure de courbure variable : l'aile n'a pas de volets de courbure, mais se déforme dans toute sa partie (à simple surface) située au-delà du longeron arrière, soit sur environ un tiers de sa corde, sous la traction d'une commande à cables qui l'attaque à l'emplanture, l'augmentation de cambrure ainsi obtenue permettant de diminuer très sensiblement la vitesse minimale du vol.

Lorsque l'on désire améliorer les performances aérodynamiques de ces appareils aux basses vitesses, il faut augmenter la puissance de motorisation, ce qui entraîne une augmentation du poids, de sorte que la tendance actuelle pour les avions légers ou ultra-légers est de se limiter volontairement à de faibles puissances pour limiter le poids, ce qui aboutit à des structures soit rudimentaires et donc peu fiables, soit chères en raison du choix des matériaux à hautes performances. Une telle motorisation s'avère de facto insuffisante pour envisager un soufflage actif de couche limite, technique qui utiliserait une partie trop importante de la puissance de motorisation pour atteindre une efficacité significative.

D'autres réalisations reprennent les deux techniques de soufflage de la couche limite, et d'augmentation de la surface portante et-de modification de la courbure du profil par sortie de volets. Ces réalisations se limitent à des avions de conception sophistiquée, le plus souvent militaires d'ailleurs lorsqu'un emploi tactique nécessite des capacités de décollage et d'atterrissage sur courtes distances (techniques du "Jet flap" ou du. volet de type "Fowler'). Ces dispositifs-d'hypersustentation aérodynamique utilisés impliquent une grande complexité mécanique.

Citons par exemple le brevet français 2 486 490 décrivant un mécanisme compliqué à six barres pour l'actionnement de volets hypersustentateurs, ou le brevet français 2 187 604 dans lequel il est prévu des profils à fentes multiples avec volets de bords d'attaque.

Citons enfin le brevet français 2 115 081 décrivant un volet hypersustentateur formant destructeur de portance particulièrement performant du point de vue aérodynamique t néanmoins, le déplacement du volet mobile rigide (du type Fowler) est commandé par une timonerie à parallélogramme compliquée. Ces volets du type Fowler nécessitent en outre, pour s'extraire du profil, des chemins de roulement élaborés, et l'emploi d'énergie hydraulique dans la plupart des cas.

L'invention a pour but principal de proposer un dispositif d'hypersu-stentation aérodynamique qui puisse concilier, sans requérir l'emploi de moyens technologiques sophistiqués, la finesse du plan porteur auquel il est associé, compatible avec des déplacements relativement rapides d'une part, et une capacité d'évolution à faible vitesse dans des conditions de sécurité élevées d'autre part.

Un autre but est de proposer un dispositif qui soit adapté aux besoins de l'aviation légère, aussi bien dans le domaine civil que dans le domaine militaire, et ce dans des plages de vitesses pouvant aller des basses vitesses (de l'ordre de 60 km/h) à des vitesses moyennes atteignant 250 km/h.

L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'hypersustentation aérodynamique associé à une aile, comportant un volet mobile d'intrados relié au profil principal de l'aile, et des moyens de commande permettant de déplacer le volet mobile depuis une position volet rentré dans laquelle ledit volet est logé dans le bord de fuite du profil principal, jusqu'à une position volet totalement sorti correspondant à une fonction d'hy- persustentation maximale, caractérisé par le fait que le volet mobile est déformable, et présente un bord d'attaque assujetti à une trajectoire prédéterminée par rapport au profil principal et un bord de fuite relié à l'intrados dudit profil, de façon que le déplacement du bord d'attaque génère simultanément une entrée d'air pour un soufflage de l'extrados au niveau du bord de fuite de l'aile et une courbure du volet mobile augmentant le coefficient de portance aux basses vitesses.

Lorsque le dispositif d'hypersustentation est associé à une aile présentant, au voisinage de son bord d'attaque, une fente à profil converseantde l'intrados vers l'extrados pour recoller la couche limite aux fortes incidences, il est avantageux que la géométrie du volet mobile et du bord de fuite de l'aile soit choisie de telle façon que l'air admis par l'entrée d'air définie par le bord d'attaque du volet produise un soufflage de l'extrados au niveau du bord de fuite de l'aile à une vitesse au minimum égale à celle de l'air d'extrados.

Le bord d'attaque du volet mobile est avantageusement relié à au moins un câble de commande disposé dans le profil principal, et présente une liaison mobile avec la membrure dudit profil définissant la trajectoire prédéterminée duditvolet, cette liaison étant assujettie à une trajectoire de préférence elliptique, s'incurvant progressivement en direction du bord de fuite.

Il est avantageusement prévu au moins un câble de longueur fixe reliant la zone du bord de fuite du volet mobile à l'intrados du profil principal,. la tension à laquelle est soumis ledit câble croissant au fur et à mesure de la sortie du volet mobile du fait de la modification de la courbure dudit volet qui en découle.

Pour s'affranchir, en position volet complètement sorti, de tout phénomène vibratoire ou déformant incontrôlé dans le domaine de vol retenu, le volet mobile présente avantageusement, en son intrados, au moins un organe limiteur de courbure imposant audit volet, en position volet complètement sorti, une courbure optimale prédéterminée cet organe limiteur de courbure est par exemple essentiellement formé de tronçons articulés les uns sur les autres, disposés sous l'intrados du volet mobile à la façon d'un raidisseur, et présentant, dans une position de butées réciproques, une surface de contact avec l'intrados dudit volet mobile selon une courbure correspondant à la courbure optimale prédéterminée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description et du dessin annexé, concernant des modes particuliers de réalisation du dispositif d'hypersustentation aérodynamique de l'invention, en référence aux figures, où: - les figures la, lb, îc sont des coupes schématiques
d'une aile avec un dispositif d'hypersustentation aéro
dynamique conforme à l'invention, respectivement en
position volet rentré, volet demi-sorti et volet totale
ment sorti, - les figures 2, 3 sont des vues en plan d'un organe limi
teur de courbure associé au volet mobile d'intrados,
respectivement en position volet totalement sorti (tron
çons en butée) et en position volet rentré, - la figure 4 est une coupe partielle, échelle agrandie,
de l'arrière du profil avec le volet totalement sorti,
ce volet étant muni de l'organe limiteur de courbure
des figures 2, 3, - les figures 5a, 5b, 5c sont des coupes analogues à
celles des figures la, lb, 1c,. pour la variante à organe
limiteur de courbure.

Sur les figures la, lb, îc, un profil principal d'aile 1 présente, en arrière de son bord d'attaque, une fente 2 à profil convergeant de l'intrados vers l'extrados, qui permet, de façon connue en soi, de recoller la couche limite aux fortes incidences du plan porteur, par transfert naturel d'air circulant sous l'intrados et communication à l'air expulsé par le profil convergent d'une vitesse suffisante pour obtenir l'effet de soufflage recherché ; le profil principal présente des éléments procurant une rigidité suffisante, ici par exemple sous forme d'un axe 3 qui contribue, en priorité, à la rigidité du plan porteur, mais qui peut aussi être utilisé pour la commande de gouvernes, le cas échéant en bout de plan (non représentées).

Conformément à l'invention, le dispositif d'hyper sustentaiion aérodynamique comporte un volet mobile d'intrados 4 déformable, présentant un bord d'attaque 5 assujetti à une trajectoire prédéterminée par rapport au profil principal et un bord de fuite 6 au voisinage duquel est fixé un câble 7 de liaison au profil principal. Le bord d'attaque 5 est représenté ici schématiquement par un rectangle symbolisant un profilé de renforcement fixé au volet déformable proprement dit, et dont l'avant présente un contour aérodynamique.

La partie arrière du profil, prévue pour recevoir le volet mobile d'intrados 4, comporte un axe 8 et une poulie de renvoi 9, de façon qu'un cable de commande 10, enroulé sur plusieurs tours autour dudit axe et passant autour de ladite poulie pour une mise sous tension, permette l'entraînement du bord d'attaque 5 lorsque l'axe 8 est mis en rotation. Le bord d'attaque 5 reste solidaire de la membrure du profil principal avec une liaison coulissante (non représentée) permettant d'assujettir ledit bord à une trajectoire prédéterminée s'incurvant progressivement en direction du bord de fuite de l'aile, qui est avantageusement, comme représenté ici, une portion d'ellipse 11, l'ellipse complète ayant des foyers situés sur l'axe 8 et l'axe de la poulie 9 pour maintenir des efforts constants de tension dans le câble de commande 10.

Le volet mobile d'intrados 4 peut Etre rentré (figure la), totalement sorti (figure lc), ou avoir toutes les positions intermédiaires, l'une de celles-ci étant illustrée en figure lb où le volet est demi-sorti.

En figure la, le profil est en configuration lisse, et le volet mobile 4 est un prolongement direct de l'intrados. Par rotation de l'axe 8, le bord d'attaque 5 est progressivement déplacé avec sa liaison coulissante à la portion elliptique 11 de la membrure : le déplacement du bord d'attaque vers l'arrière a pour effet de générer simultanément une entrée d'air 12 dans l'intrados, et une courbure du volet mobile déformable dont le bord de fuite reste à une longueur fixe du profil principal grace au câble associé 7.L'entrée d'air 12 permet un soufflage au niveau du bord de fuite de l'aile, de façon d obtenir une vitesse d'écoulement entre le bord de fuite de l'aile et le volet mobile au minimum égale à celle de l'écoulement d'extrados ; l'effet de siphon obtenu par ce soufflage, combiné à celui créé en avant du profil, stabilise la couche limite, et autorise des incidences voisines de 200, ce qui est très intéressant.

Plus le bord d'attaque 5 se déplace vers l'arrière, plus la courbure du volet déformable est accentuée, augmentant parallèlement d'ailleurs la tension dans le câble de liaison 7. On utilise donc ainsi parfaitement le principe des volets hypersustentateurs plus compliqués des techniques antérieures, selon lequel la sortie du volet augmente d'une part la corde du profil, et de ce fait augmente la surface portante, et crée d'autre part une entrée d'air dans l'intrados pour le soufflage, et selon lequel l'augmentation de la courbure du volet accroît le coefficient de portance aux basses vitesses.

La course du bord d'attaque 5 est de préférence compatible avec un allongement de l'ordre de 15 % de la corde du profil d'aile, ce qui est un paramètre de vol très intéressant pour des évolutions aux très basses vitesses.

Des essais en soufflerie ont montré par ailleurs que l'entrée d'air 12 n'apportait qu'une perturbation négligeable de la portance.

Ainsi, le dispositif d'hypersustentation aérodynamique de l'invention permet de donner au plan porteur auquel il est associé, d'une part un faible coefficient de traînée lorsque le volet mobile est rentré, autorisant alors des vitesses de vol relativement élevées, et d'autre part un fort coefficient de portance lorsque le volet mobile est sorti, permettant alors des évolutions dans des conditions de grande sécurité aux faibles vitesses de vol.

Le volet déformable hypersustentateur doit donc être réalisé dans une matière assez souple pour permettre une courbure convenable avec une puissance mécanique limitée, mais aussi asse2 rigide pour s'affranchir, dans le domaine de vol retenu, de tout phénomène déformant ou vibration incontrôlable.

Si l'on désire opter pour des matériaux légers pour le volet déformable, tels que des stratifiés, il est nécessaire de prévoir des moyens évitant une courbure incontrôlable du volet. Un exemple de tels moyens est illustré aux figures 2 et 3.

Il est en effet prévu, au niveau de chaque membrure, un organe limiteur de courbure 13, disposé sur l'intrados du volet déformable hypersustentateur 4, qui impose audit volet, en position volet complètement sorti, une courbure optimale prédéterminée. L'organe limiteur de courbure 13 est ici essentiellement formé de trois tronçons 14, 14', 14", articulés les uns sur les autres. Le tron çon central 14' est fixé sur l'intrados du volet déformable 4, par exemple par vis, tandis que les tronçons d'extrémité 14, 14" sont reliés audit volet par une liaison coulissante, par exemple par vis se déplaçant dans une lumière oblongue 15.

Pour que l'organe limiteur de courbure 13 crée une traînée négligeable, il est avantageux de le réaliser selon une forme profilée aérodynamique ; le tronçon central 14' présente, vers l'avant, deux joues enveloppant l'extrémité du tronçon 14, et le tronçon 14" présente de même deux joues recevant l'extrémité arrière du tronçon central 14', l'ensemble présentant ainsi deux faces verticales pratiquement continues. Il est aussi prévu entre les tron çons des faces de butée, telles que 16, 16', de façon que le limiteur de courbure 13 impose la courbure optimale prédéterminée en position volet complètement sorti, sans risque de dépasser cette courbure optimale.

Un tel limiteur de courbure assure la stabilité mécanique désirée du volet lorsque le dispositif doit assurer l'hypersustentation maximale, en position volet complètement sorti, car le volet hypersustentateur est en contact avec toute la surface des parties supérieures des tronçons articulés dont la rotation est bloquée par le jeu des butées.

Ainsi, le dispositif d'hypersustentation aérodynamique de l'invention permet d'appliquer, avec des moyens de conception simple, et de fabrication peu onéreuse, les trois principes d'hypersustentation dont la mise en application simultanée était jusque là réservée à des réalisations sophistiquées et coûteuses, incompatible avec 1 'avia- tion légère.

Il est à noter que la fente avant du profil d'aile n'est nullement obligatoire pour l'utilisation du dispositif de l'invention, mais sa présence est néanmoins avantageuse pour un comportement aérodynamique d'ensemble optimal.

Les applications se situent aussi bien dans le domaine civil (loisirs, formation et entraînement des pilotes, protection civile avec la surveillance des forêts par exemple, encore effectuée de façon onéreuse par hélicoptère), que militaire (opérations de reconnaissance et/ ou surveillance en particulier). D'une façon générale, le dispositif de l'invention améliore notablement les conditions de vol des avions légers aux basses vitesses, en permettant d'augmenter considérablement leur charge utile et en autorisant des décollages et atterrisages à partir de plate-formes rudimentaires de faibles dimensions.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui ont été décrits et illustrés au dessin, mais englobe toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles figurant aux revendications.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'hypersustentation aérodynamique associé à une aile, comportant un volet mobile d'intrados relié au profil principal de aile, et des moyens de commande permettant de déplacer le volet mobile depuis une position volet rentré dans laquelle ledit volet est logé dans le bord de fuite du profil principal, jusqu'à une position volet totalement sorti correspondant à une fonction d'hypersustentation maximale, caractérisé par le fait que le volet mobile (4) est déformable, et présente un bord d'attaque (5) assujetti à une trajectoire prédéterminée par rapport au profil principal et un bord de fuite (6) relié à l'intrados dudit profil, de façon que le déplacement du bord d'attaque (5) génère simultanément une entrée d'air (12) pour un soufflage de l'extrados au niveau du bord de fuite de l'aile et une courbure du volet mobile (4) augmentant le coefficient de portance aux basses vitesses.

2. Dispositif d'hypersustentation associé à une aile présentant, au voisinage de son bord d'attaque, une fente (2) à profil convergeant de l'intrados vers l'extrados pour recoller la couche limite aux fortes incidences, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la géométrie du volet mobile (4) et du bord de fuite de l'aile est choisie de telle façon que l'air admis par l'entrée d'air (12) définie parle bord d'attaque (5) du volet produise un soufflage de l'extrados au niveau du bord de fuite de l'aile à une vitesse au minimum égale à celle de l'air d'extrados.

3. Dispositif d'hypersustentation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le bord d'attaque (5) du volet mobile est relié à au moins un câble de commande (10) disposé dans le profil principal (1), et présente une liaison mobile avec la membrure dudit profil définissant la trajectoire prédéterminée dudit volet.

4. Dispositif d'hypersustentation selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la liaison entre le bord d'attaque (5) du volet mobile et la membrure du profil principal est assujettie à une trajectoire stincur- vant progressivement en direction du bord de fuite.

5. Dispositif d'hypersustentation selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la trajectoire est une portion d'ellipse (11), l'ellipse complète ayant des foyers situés sur les axes longitudinaux des organes de support (8, 9) du câble de commande (10).

6. Dispositif d'hypersustentation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la course du bord d'attaque (5) du volet mobile, entre la position volet rentré et la position volet totalement sorti, est compatible avec un allongement de de'ordre de 15 % de la corde du profil d'aile.

7. Dispositif d'hypersustentation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il est prévu au moines un câble de longueur fixe (7) reliant la zone du bord de fuite (6) du volet mobile à l'intrados du profil principal (1), la tension à laquelle est soumis ledit câble (7) croissant au fur et à mesure de la sortie du volet mobile (4) du fait de la modification de la courbure dudit volet qui en découle.

8. Dispositif~d'hypersustentation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le volet mobile (4) présente, en son intrados, au moins un organe limiteur de courbure (13) imposant audit volet, en position volet complètement sorti, une courbure optimale prddéter- minée.

9. Dispositif d'hypersustentation selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'organe limiteur de courbure (13) est essentiellement formé de tronçons (14, 14', 14") articulés les uns sur les autres, disposés sous l'intrados du volet mobile à la façon d'un raidisseur, et présentant, dans une position de butées réciproques (16, 16'),une surface de contact avec l'intrados dudit volet mobile selon une courbure correspondant à la courbure optimale prédéterminée.

10. Dispositif d'hypersustentation selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'organe limiteur de courbure comporte trois tronçons (14, 14', 14"), le tronçon central (14') étant fixé au volet mobile à l'intrados de celui-ci, tandis que les tronçons d'extrémité (14, 14") présentent une liaison coulissante avec ledit volet mobile.