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"Perfectionnements apportés à des aérodynes"
L'invention est relative à des aérodynes, Elle a pour but, surtout, de rendre tels ces engins qu'ils ré- pondent mieux que par le passé aux différents desiderata de la pratique.
Elle consiste principalement à avoir recours simul- tanément : d'une part, pour tous les régimes y compris le décol- lage et l'atterrissage de l'aérodyne, à un allongement géo- métrique b2/s supérieur à 15 de la voilure (b étant l'en- vergure et S étant la surface totale de la voilure) et, d'autre part, à la fois, à une charge alaire élevée supérieure 80 kg.m2 et, à haubanage, qui,de préférence coopère à la sustentation.
Elle consiste, mise à part cette disposition princi- pale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en items temps et dont il sera plus explicitement
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parlé ci-après, notamment : - en une deuxième disposition consistant à utili- ser, dans un aérodyne, une voilure ayant un allongement géométrique supérieur à 15 et muni d'un dispositif hyper- sustentateur, ledit allongement restant supérieur à 15 même lorsque le dispositif hypersustentateur est braqué ;
- en une troisième disposition consistant à assurer la répartition, en fonction de l'envergure, au moins ap- proximativement optimum, de la portance d'une aile à, grand allongement, par l'agencement approprie d'un dispositif hypersustentateur combine avec ladite aile et ayant une résistance de profil (Cx ) relativement faible et, - en une quatrième disposition consistant à prévoir à l'arrière de l'aile et porté par celre-ci, un plan stabi- lisateur s'étendant d'une façon continue ou discontinue sur toute ou partie de l'envergure de l'aile, ce plan pouvant comporter soit une partie mobile ou une partie fixe seule- ment, soit une partie fixe et une partie mobile.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'ap- plication ainsi que certains modes de réalisation desdites dispositions ; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les aéro- dynes du genre en question comportant application de ces mêmes dispositions, ainsi que les éléments spéciaux propres à leur établissement.
Et elle pourra de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
Les figs. 1 et 2, et les figs. 3 et 4 montrent, schématiquement et respectivement en vue de face et en vue en plan, deux modes d'exécution différents d'un avion établi selon l'invention.
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La fig. 5 montre , en plan, une variante de l'avion représenté par les figures l'et 2.
La fig. 6 montre, schématiquement à plus grande échel- le, la partie droite de l'avion déjà représentée dans, la fig. 1.
La fig. 7 montre le profil de l'aile de ce dernier avion.
Les figs. 8, 9, 10 et Il montrent, en coupe selon respectivement A-A, B-B, C-C et D-D de la fig. 6, l'un des mâts d'haubanage de l'avion représenté par cette'dernière figure .
La fig. 12 montre, en perspective, une partie d'une aile munie d'un dispositif hypersustentateur établi selon l'invention.
Enfin, la fig. 13 représente les moyens de commande de ce dernier dispositif.
Se on l'invention et plus spécialement selon celui de ses modes d'application ainsi que ceux des modes de réa- lisation,de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant d'établir un aérodyne, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On sait qu'on peut obtenir une augmentation essentiel- le de la finesse, définie par le rapport Cz/Cx, et du co éf- ficient de puissance Cz3/Cx2 d'un aérodyne, donc une amélio- ' ration de son rendement, en augmentant l'allongement géomé-, trique de sa voilure, étant donné que la résistance induite diminue au fur et à mesure que l'allongement augmente.
Selon la disposition principale de l'invention, on rend possible l'application d'un allongement géométrique b2/S (b étant l'envergure et S la surface totale de la voi- lure) supérieur à 15 et pouvant atteindre les valeurs de 30 à 40 ou davantage, p our tous les régimes y compris le décol- lage et l'atterrissage, en ayant recours à la fois à une charge alaire élevée supérieur à 80 kg. par mètre carré et,
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coopérant à la sustentation à un haubanage. L'adoption de telles mesures a pour effet d'éviter un poids excessif de la voilure.
Pour donner à l'amélioration de la finesse et du coefficient de puissance, obtenue par le choix d'un grand allongement géométrique, des valeurs intéressantes, il y a lieu de donner à l'angle d'incidence de la voilure établie selon l'invention, pour les conditions d'utilisation norma- les, une valeur élevée correspondant à une portance supé- rieure à 50 exprimée en 100 Cz et pouvant atteindre une va- leur de 100, 120 ou davantage..
La flèche de la ligne moyenne du profil sera avan- tageusement choisie assez forte suivant l'utilisation prévue de l'avion. Le meilleur résultat sera obtenu si la flèche donne une résistance minimum de profil pour une portance d'utilisation choisie. Cette flèche peut atteindre une va- leur de 8 à 10 %. En outre, on choisit de préférence des profils ayant une épaisseur moyenne (10 à 14 %) et une cour- bure prononcée. Parmi les profils qui semblent convenir particulièrement bien à la réalisation de l'invention figure le profil Saint-Cyr 109 ou Sikorsky GS 1.
Par exemple un tel profil donnera, pour une portance de 100 (exprimée en 100 Cz) et un allongement de 30, un coefficient de finesse Cz/Cx de 47 et un coefficient de puissance Cz3/Cx2 de 2000, tandis que les valeurs usuelles sont respectivement 25 et 400 pour les allongements de 6 à 8.
La réduction de la surface alaire, qui se fait sur- tout en profondeur tout en conservant avantageusement à la voilure des envergures normales, est rendue possible par le grand rendement des voilures à grand allongement qui permet de voler même avec une puissance très faible.
Il est à noter que la réduction de la surface par diminution de la profondeur de la voilure, tout en mainte- nant l'envergure aune valeur normale, n'a pas seulement l'effet d'éviter un poids excessif, mais permet en même
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temps d'augmenter sensiblement la vitesse maximum et la vitesse de route des avions. en outre, la réduction de la profondeur de la voilure avec maintien d'une envergure nor- male permet de réduire la surface de l'empennage et la lon- gueur du fuselage, d'où il résulte une réduction supplémen- taire de la résistance à l'avancement et du poids de l'avion:
La résistance à l'avancement supplémentaire provoquée par le haubanage est très inférieure au gain réalisé, pour les hautes portances d'utilisation, par le grand allongement ayant pour conséquence une diminution sensible de la résis- tance induite.
Selon le mode de réalisation représenté par les figs.
1 et 2, on prévoit par exemple deux mâts d'intrados 1 qui coopèrent à la sustentation et sont situés entre la voilure
2 et le fuselage 3. Si la voilure de cet avion a, par exem- ple, une surface de 12 mètres carrés et une envergure de
20 m., donc un allongement 33, le 100 Cx des deux mâts 1, ayant chacun 4 m. de longueur et 50 mm. d'épaisseur sera d'environ 0,2. Dans ces conditions, le gain de 100 Cx. par un rapport à une voilure d'allongement 8, est de 1 pour 100 Cz un de 50, de 4 pour/100 Cz de 100 et de 5,75 pour un 100 Cz de 120.
L'avion représenté par la fige 1, et ayant les dimen- sions susindiquées, peut, avec un moteur de 500 CV, être chargé au poids de 3 tonnes. Sa vitesse naxima atteindra 400 Km par heure . Il aura un plafond de 12.000 m. avec une charge utile de SOC Kg. Il lui suffira d'une puissance de 100 CV au sol pour voler à 220 Km par heure, ou de 160 @ CV pour voler 8- 360 Km, par heure à une altitude de 10*000 m
Cette puissance sera aisément fournie par le' moteur s'il est muni d'un compresseur rétablissant la puissance de 5- CV à 5.000 m. d'altitude.
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Les figs. 3 et 4 montrent, un avion dont la voilure a une envergure de 60m. et une surface de 100 mètres carrés (allongement égal à 36) . La charge peut être de 5 à 30 ton- nes environ. La voilure est tenue par une mâture principale 1 qui coopère à la sustentation. La déflexion due à l'aile principale est à peu près inversement proportionnelle à l'al- longement donc très faible. Le Cx provenant du Cz de la mâ- ture est également très faible, et la finesse de 1 'ensemble peut être pratiquement égale à celle de l'aile.
(La même remarque s'applique à l'empennage et aux voilures en tandem) .
La voilure en question est, de plus, tenue par une paire de mâts intermédiaires 5.
La mâture principale, par sa rigidité en plan, tient les efforts de torsion appliqués à l'aile.
Cet appareil, muni d'un moteur de 1.300 CV, équipé d'un turbo-compresseur et d'un compresseur mécanique, peut monter à 20.000 m. d'altitude en emmenant deux passagers et un équipement photographique. La puissance utilisée Ö cette altitude est de 240 CV, pour une vitesse de 300 km/h. et un poids de 5 tonnes.
Muni de moteurs d'une puissance totale de 3.000 CV et chargé à 25 tonnes, il peut emmener 12 tonnes de charge utile à 1.200 km., 10 tonnes à 4.000 km. et 7 tonnes à 5.000 à 8.000 km.. La puissance nécessaire au vol, au départ, n'est que de 780 CV. Avec 3 tonnes de charge utile, il peut tenir l'air plus de trois jours à 200 Km. par heure en moyenne.
Ces exemples ne sont nullement limitatifs et les différentes dispositions de haubanage utilisées habituelle- ment peuvent être appliquées aux voilures de grand allonge- ment, y compris les voilures multi-planes. On sait que, dans ce dernier cas,il faut considérer, pour la détermination de
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o è:J <<j l'allongement 2/S l'envergure l'aile qui a la plus l'allongement l'envergure b de l'aile qui a la plus grande envergure et la surface totale S de la voilure.
Pour obtenir, pour les incidences choisies, le meil- de l'aile leur rendement global/et des mâts qui s'étendent à l'intrados de l'aile entre celle-ci et le fuselage, il y a lieu de dis- tribuer la portance totale de l'aile et de la mâture suivant la répartition optimum en fonction de l'envergure, cette ré- partition étant voisine de la répartition elliptique.
Pour réaliser cette répartition, on a recours, selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, à un agen- cement approprié de la mâture, tout en donnant, au moins à la partie de l'aile qui s'étend entre les attaches des deux mâtsl (voir figs. 1 et 6 une profondeur et une incidence constantes et un profil identique.
Pour éviter un changement brusque dans la répartition de la portance à l'endroit où les mâts 1 se raccordent à l'aile 2, il y a lieu de faire en sorte que la portance des sections de mât qui se trouvent au voisinage immédiat desdits raccordements soit au moins approximativement zéro et cela quelle que soit l'incidence de l'aile par rapport au vecteur de la vitesse.
Dans certains cas, il suffit, pour réaliser la ré- partition voulue de la portance totale, de donner aux section: des mâts un calage et une profondeur uniformes tels que la portance des sections situées près des raccordements à l'aile soit nulle, quelle que soit l'incidence, par suite de la dé- viation que subit l'air au voisinage de l'aile, tandis que les sections de mât ayant le même calage et la même profondeur, mais situées à une plus grande distance de ces raccordements, fournissent une certaine portance qui constitue le complément de portance désiré.
Cependant, dans la plupart des cas,le complément de portance ainsi obtenu est insuffisant pour assurer, pour la zone des incidences d'utilisation, la répartition optimum
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de la portance. Il y aura alors lieu d'avoir recours : ou bien à une variation telle du calage des sections de mât que leur angle de calage avec les sections correspon- dantes de l'aile augmente progressivement au fur et à mesure que lesdites sections se trouvent plus éloignées des endroits de raccordement des mâts à 1 'aile ou bien, à une variation telle de la profondeur du profil des sections de mât que cette profondeur augmente au fur et à mesure que ces sections se trouvent plus éloignées desdits raccordements ;
l'application de cette dernière dis- position ne pouvant pourtant pas être envisagée, dans de nom- breux cas, en raison de l'impossibilité de donner à la pro- fondeur des mâts, à l'endroit de leur raccordement à l'aile, une valeur inférieure à une valeur minimum déterminée par la nécessité de faire tenir par les mâts les efforts de torsion ou bien, à la fois, à une variation du calage et à une variation de la profondeur le long des mâts.
Selon les figs. 6 à 11 , on a recours à des mâts 1 de calage variable et de profondeur constante.
Selon les figures 8 à 11 représentant, à titre pure- ment indicatif, les calages de différentes sections du mât 1, la section (coupe D-D figure Il-) qui se trouve au voisinage immédiat du fuselage 3 a l'incidence zéro, tandis que la section (coupe A-A fige 8) qui se trouve au voisinage immé- diat de l'aile 2 a l'angle d'incidence - 2 , la diminution de l'angle d'incidence ayant lieu progressivement en passant par les valeurs -0,40 (coupe C-C figure 10) et -1,20 (coupe B-B figure 9)'
Avantageusement, on donne aux profils des sections de mât qui se trouvent près du raccordement des mâts à l'aile une forme et une orientation telles que la ligne moyenne de ces profils épouse aussi bien que possible les lignes de cou- rant au voisinage dudit raccordement,
tenu compte de la déviation causée par l'épaisseur de la voilure. En outre, on
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donne avantageusement, aux sections des mâts, au voisinage de l'aile, une épaisseur aussi faible que le permet la résis- tance des matériaux, cette épaisseur pouvant être générale- ment égale ou inférieure à 8% de la profondeur du profil.
On obtient ainsi que, près du raccordement de chacun des mâts à l'aile, la face du mât qui se trouve du côté de l'aile soit approximativement parallèle à la partie de l'intrados de l'ai- le dans le voisinage de laquelle se trouve ladite partie du mât. Il en résulte une réduction sensible de la traînée.
Il est à noter ici que les sections des mâts qui se trouvent plus éloignées du raccordement à l'aile peuvent avoir une épai- -seur plus grande.
Ceci étant, on donne, de préférence, aux sections des mâts situées près du raccordement à l'aile un profil ayant une ligne moyenne concave vers le haut (voir coupe A-A fig.8).
Par contre, en ce qui concerne les profils des sections de mât qui se trouvent plus éloignés du raccordement du mât à l'aile, on peut leur donner une forme symétrique (voir coupe D-D fi g. 11) ou une forme convexe vers le haut. Dans ce cas, on a, de préférence, recours à un changement progressif de profil le long du mât.
Pour assurer à 1 'aérodyne , malgré la diminution de la surface, de sa voilure, une vitesse d'atterrissage et de décol lage assez faible, il est utile de munir la voilure, selon une autre disposition de l'invention, d'un dispositif hypersusten- tateur le plus efficace possible. La combinaison d'un sys- tème hypersustentateur à très grande portance (200 à 500 de
100 CZ ou davantage) et à Cx aussi faible que possible avec- une aile à grand allongement (plus de 15) et une forte charge alaire (plus de 80 kg par mètre carré) permet de réaliser des avions rapides à vitesse de décollage et d'atterrissage faible et à faible longueur de décollage.
De préférence, on agence le dispositif hypersustentateur de façon telle qu'il intéresse substantiellement toute l'envergure de l'aile, et possède une résistance de profil (Cxp) relativement faible, contribuant-
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ainsi à une répartition optimum de la portance en fonction de l'envergure.
Il est à noter ici que le grand allongement de l'aile a une influence très heureuse sur la diminution de la traînée provoquée par le dispositif hypersustentateur .
En effet, la plus grande partie de la résistance l'avance- ment des voilures munies d'un système hypersustentateur est constituée par la résistance induite. Si le système hyper- sustentateur est monté sur une voilure de grand allongement la résistance induite est très diminuée et les coefficients de finesse et de puissance de cette voilure peuvent être très élevés, ce qui permet un décollage rapide à faible vitesse.
On obtient ainsi, non seulement une faible vitesse au décollage et à l'atterrissage, malgré l'emploi de charges élevées au mètre carré, mais encore la possibilité de décol- ler, de monter ou de voler., avec la puissance la plus faible possible, le dispositif hypersustentateur étant utilisé à fond ou seulement en partie.
Ledit dispositif hypersustentateur peut être exécuté de nombreuses manières. Un exemple de réalisation qui sem- ble particulièrement avantageux, est représenté par les figu res 12 et 13. Selon cet exemple;,on a recours à des volets 113 genre Fouler (voir figure 12) étudiés spécialement pour le profil d'aile utilisé et qui est choisi pour sa faible rû sistance de profil Cxp (100 Cxp environ 2) aux portances en 100 Cx d'environ 200 à 250.
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Il est à rappeler ici que les volets Fouler sont guidés par des glissières (non représentées dans les fi- gures) à l'aide desquelles on leur donne, avec leur bra- quage, un mouvement vers l'arrière.
Les volets Fowler peuvent occuper environ 3/4 de l'envergure de l'aile, tandis que le reste de l'envergure est occupé par des ailerons de gauchissement 114 qui sont braqués vers le bas simultanément avec les volets. Cependant l'angle de braquage moyen des ailerons est inférieur à celui des volets. La différence de ces braquages est choisie de façon telle qu'on obtienne, le long de l'aile, dans le sens de son envergure, une répartition de portance qui est au moins approximativement optimum. Le rapport entre le bra- quage des volets et celui des ailerons peut être par exemple tel que, pour un braquage de 20 environ des volets, le bra- quage moyen des ailerons soit environ 12 .
On peut ainsi obtenir Que, par exemple, pour un 100 Cz de 200, un allongement géométrique de 30, le 100 Cx total de la voilure ne soit qu'environ 6, ce qui donne une finesse d'environ 33 et un coefficient de puissance de 2. 000 permet- tant ainsi le décollage, la montée, le vol à un ou plusieurs moteurs stoppés avec une puissance faible. En braquant les volets à 40 ou davantage, la portance peut, comme sur les avions munis d'un dispositif hypersustentateur usuel, être portée à 100 CZ de 300 et davantage.
Pour obtenir le braquage simultané des volets 113 et des ailerons 114, on peut se servir de n'importe quel système de commande approprié, par exemple de celui représenté par les figures 12 et 13.
Selon ces figures, on relie les guignoles 115 qui assurent en même temps le braquage et le mouvement de transla- rion des volets 113, par des bielles 116, à l'une des extré- mités des leviers 117 pivotant autour d'axes 118 et articulés
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par leur autre extra'mité à un écrou 119. Les deux écrous 119 des deux leviers 117 coagissant avec deux vis à pas opposés 120, 121 qui sont entraînées, par exemple à l'aide d'une manivelle 122, par l'intermédiaire d'une chaîne 123 et un pignon commun 124.
En tournant la manivelle, on fait pivoter les deux: leviers 117 en sens opposé, ce qui a pour effet de braquer les deux volets 113 se trouvant de part et d'autre du plan de symétrie de 1 'aérodyne dans le même sens et du même mon- tant.
En ce qui concerne les ailerons 114, on relie leurs guignoles 125, par des bielles 126, à l'une des extrémités de deux leviers 127 dont l'autre extrémité est articulée en 128 sur le levier 117 du volet 113 correspondant dans un en- droit situé entre l'axe de pivotement 118 dé ce levier 117 et l'articulation prévue entre la bielle 116 correspondante et ledit levier 117.
En outre, on monte les leviers 127, par 'des touril- lons 129 situés entre les extrémités desdits leviers, sur les extrémités d'un balancier 130 qui;lui, est porta dans son milieu, par l'une des extrémités d'un levier 131 pivotant autour d'un axe 132 et dont l'extrémité autre 133 est arti- culée sur une tige de commande 134.
En déplaçant ladite tige 134, lorsque les leviers 117 restent stationnaires, on obtient le braquage des ailerons en sens opposé. La tige 134 fait donc partie de la commande de gauchissement. Par contre, en actionnant la manivelle 122, on provoque le pivotement en sens opposé des deux leviers 127, autour de leur axe 129. ce qui provoque le braquage des aile- rons dans le même sens. Cependant, par un choix judicieux de l'emplacement des axes 128 dans lesquels les leviers 127 s'ont articulés sur les leviers 117, on règle le rapport des bra- quages des ailerons 114, par rapport aux valeurs de braquage des volets 115, de façon à obtenir, le long de l'envergure de
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l'aile, une répartition de portance qui. est au moins approxima- tivement optimum.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, on uti- lise, comme dispositif hypersustentateur s'étendant sur au moin approximativement toute l'envergure de l'aile, un dispositif d'aspiration et/ou de .soufflage, ce dispositif pouvant être commandé, dans les régions s'étendant aux extrémités de l'aile, de façon à jouer le rôle d'ailerons de gauchissement.
On règle l'intensité de l'aspiration ou du soufflage, de façon à obtenir une répartition au moins approximativement optimum de portance, le long de l'envergure de l'aile. Par la combinaison de ce système hypersustentateur qui est égale- ment caractérisé par un Cxp très réduit, avec des allongements de 20 à 30 ou davantage, il est possible d'obtenir des fines- ses et des coefficients de puissance extrêmement élevés, même en tenant compte de la puissance dépensée pour l'aspiration et/ou le soufflage.
Dans certains cas, notamment dans des cas envisages ci-dessus,les efforts de torsion dans la voilure peuvent être tenus par le haubanage, ce dernier étant capable de travailler en flection dans son plan. Dans d'autres cas, on dispose, selon une autre disposition de l'invention, un plan stabilisa- tuer 10 (fig. 5) à l'arrière de l'aile ce plan, qui est porté par l'aile même, peut s'étendre sur toute ou partie de l'envergure de celle-ci et peut être continu ou discontinu.
Il peut comporter soit une partie mobile ou une partie fixe seulement, soit une partie fixe et une partie mobile à la fois.
L'objet de ce plan est de stabiliser la partie de voilure der- rière laquelle il se trouve, en annulant directement les ef- forts de torsion qui proviennent du déplacement du centre de poussée en fonction de l'incidence, au lieu de faire passer ces efforts, comme on le fait habituellement, par la partie centrale de la voilure et par le fuselage..
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Le mouvement de la partie mobile du plan stabilisa- teur, si une telle partie existe, est destiné à imposer, par la manoeuvre du pilote, à la partie de la voilure derrière laquelle elle se trouve, une incidence déterminée, l'équili- bre de l'ensemble voilure-empennage étant ainsi assuré pour . l'incidence choisie.
Selon la fig. 5. le plan stabilisateur 10 est fixé à la voilure 2 à l'aide de supports 11 dont la forme cor- respond à la direction des filets d'air s'échappant du bord de fuite de cette aile. La distance entre le bord de l'aile 2 et le bord d'attaque du plan stabilisateur 10 peut être à peu près égale à la profondeur de ladite aile, tandis que la profondeur du plan stabilisateur peut être à peu près égale à la moitié de la profondeur de l'aile.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
R E S U M E
L'invention a pour objet des perfectionnements ap- portés à des aérodynes, lesquels perfectionnements consistent principalement à avoir recours simultanément : d'une part, pour tous les régimes y compris le décol- lage et l'atterrissage de l'aérodyne, à un allongement géo- métrique b2/S supérieur à 15 de la voilure (b étant l'enver- gure et S étant la surface totale de la voilure) et,