FR2647413A1

FR2647413A1 - Aeronef adapte pour decoller ou se poser sur la surface de l'eau

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Publication number: FR2647413A1
Application number: FR8906953A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1990-11-30
Anticipated expiration: 2009-05-26
Also published as: FR2647413B1

Abstract

Cet aéronef comportant un système de sustentation hydrodynamique présentant un foyer de portance et un plan d'équilibre PE dont la position est déterminée par la relation :D = FH X H/Poù D représente la distance horizontale entre le centre de gravité de l'aéronef et le plan d'équilibre (PE, en M), FH la poussée d'un système de propulsion dont est équipé l'aéronef (en N), H la hauteur au-dessus de l'eau lorsque l'aéronef atteint son point limite de déjaugeage, du point d'application de la force motrice du système de propulsion (en M) et P le poids de l'aéronef (en N), est caractérisé en ce que le système de sustentation comporte au moins deux surfaces d'appui 12, 13, 14, 15 distinctes et séparées, créant simultanément pendant toute une phase de décollage ou d'amérissage, deux foyers de portance distincts de part et d'autre du plan d'équilibre PE, et dont le foyer résultant est situé à peu près dans le plan d'équilibre PE pour améliorer la stabilité de l'aéronef.

Description

La présente invention concerne un aéronef adapté pour décoller où se poser sur la surface de 1 eau.

Plus particulièrement. l invention concerne un aéronef de ce type è contrôle d'assiette en tangage inefficace ou inexistant.

Ces aéronefs sont du type comportant un sys thème de sustentation aérodynamique et un système de sustentation hydrodynamique. Le système de sustentation hydrodynamique comporte des surfaces d appui ou des profils qui. en mouvement, engendrent de par leur forme et leur vitesse de déplacement dans l'eau, une portance verticale dirigée de bas en haut s'opposant au poids de 1 aéronef.

Cette portance s'assortie d'une trainée opposée au déplacement de l'aéronef. Ces systèmes de sustentation hydrodynamique peuvent par exemple etre formés par le fond d'une coque de flotteur. un patin.

un ski ou encore un hydrofoil.

Les flotteurs sont en genéral munis d un redan formé par une rupture de courbure destinée à décrocher les filets d'eau s'écoulant par exemple le long de la coque du flotteur. en arrière de ce redan et donc permettant d arrêter le recul du foyer de portance hydrodynamique de la surface concernée lors de l'accélération de l'aéronef.

Les hydravions traditionnels utilisent sur leurs flotteurs ou sur leur coque, un redan qui est la limite arrière de la surface sustentatrice, Lors de la prise de vitesse, l'ensemble de l'hydravion déjauge.

c'est à dire qu'il se soulève sur l'eau au-dessus de la flottaison statique puis glisse sur la surface de l'eau, sustenté par la pression hydrodynamique agissant sur la semelle du ou des flotteurs. L'incidence entre la surface de l'eau et la semelle du ou des flotteurs des hydravions est contrôlée par le pilote grace à la gouverne de profondeur de ceux-ci. Dans ce cas, le redan délimite l'axe de rotation de l'aéronef.

Cependant, sur les aéronefs ne possedant pas de gouverne de profondeur, comme par exemple les ailes volantes, les ailes delta, les ultra-légers motorisés pendulaires, etc.., l'utilisation d'un système à redan unique est précaire car l'aéronef au moment du déjaugeage est soumis à de profonds changements dans la répartition des forces. En effet. ces aeronefs ne possédant aucun dispositif permettant de controler l'incidence de l'eau sur leur système de sustentation, ils sont victimes de phénomènes de déséquilibre en tangage qui induisent des oscillations dans le pla'n longitudinal, que l'on appele communément "marsouina ge".

L'analyse des causes de ce phénoméne à partir des moments des couples montre que le reglage de la position du redan est capitale et que la poussée par exemple de l'hélice du système de propulsion dont est équipé l'aéronef et la trainée hydrodynamique mentionnée précédemment. induisent un premier couple qui a tendance à faire enfourner l'aéronef. Ce moment sera analysé plus en détail par la suite.

Par ailleurs, l'augmentation de la vitesse de l'aéronef implique que la surface nécessaire à la sustentation de celui-ci diminue de sorte que le foyer de portance hydrodynamique recule.

Si le redan n'est pas assez en avant comme c'est le cas dans tous les systèmes de sustentation connus actuellement, le moment d'enfournement engendré par la poussée de l'hélice et la trainée de la coque n'est plus équilibré par le moment du couple portance poids du fait de la diminution de la distance horizontale entre le centre de gravité de 1 aéronef et le foyer de portance hydrodynamique.

Dans ce cas, l'appareil pique. de sorte que le foyer de portance avance brutalement puis recule de nouveau. etc..

Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes en proposant un aéronef dont le systéme de sustentation hydrodynamique permet de résoudre ces problemes, et qui soit simple, fiable et d'un prix de revient peu élevé.

A cet effet, l'invention a pour objet un aéronef adapté pour décoller ou se poser sur la sur face de l'eau. du type comportant un systéme de sustentation aérodynamique et un système de sustentation hydrodynamique. et présentant un foyer de portance hydrodynamique déterminé par le système de sustentation hydrodynamique et la vitesse de l'aéronef, et un plan d'équilibre dont la position est déterminée par la relation
D = FH x H/P dans laquelle D représente la distance horizontale entre le centre de gravité de l'aéronef et le plan d'équilibre (en M), FH la poussée d'un système de propulsion dont est équipé l'aéronef (en N), H la hauteur au-dessus de l'eau lorsque 1 aéronef atteint son point limite de déjaugeage, du point d'application de la force motrice du système de propulsion (en M) et
P le poids de l'aéronef (en N), caractérisé en ce que le système de sustentation hydrodynamique comporte au moins deux surfaces d'appui hydrodynamique distinctes et séparées. créant chacune simultanément pendant toute une phase de décollage ou d'amérissage, un foyer de portance hydrodynamique distinct, ces deux foyers distincts étant disposés de part et d'autre du plan d'équilibre dans le sens longitudinal de l'aéronef, et leur foyer résultant étant situé à peu près dans le plan d'équilibre, pour améliorer la stabilité de l'aé- ronef lors des phases de décodage et d'amêrissage.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
- les Fig.l et 2 représentent des schémas synoptiques illustrant le fonctionnement d'un système de sustentation hydrodynamique;
- la Fig.3 représente un.schéma synoptique d'un aéronef illustrant les différentes forces s'appliquant sur celui-ci;
- la Fig.4 représente une vue de côté d'un flotteur entrant dans la constitution d'un mode de réalisation d'un aéronef selon l'invention;
- la Fig.5 représente une vue de dessus d'un mode de réalisation d'un système de sustentation entrant dans la constitution d'un aéronef selon l'invention; et
- la Fig.6 représente une vue de dessus d'encore un autre mode de réalisation d'un système de sustentation entrant dans la constitution d'un aéronef selon l'invention.

Dans les dessins, la structure du corps de l'aéronef n'est pas représentée en détail pour des raisons de simplification et dans la mesure où celleci est classique et bien connue dans l'état de la technique.

Ainsi qu'on peut le voir sur les Fig.l et 2, un système de sustentation hydrodynamique pour un aéronef adapté pour décoller et se poser sur la surface de l'eau. comporte une surface ou un profil qui. en mouvement, engendre de par sa forme et sa vitesse de déplacement dans l'eau, une portance verticale FP dirigée de bas en haut s'opposant au poids de l'aéronef.

Cette portance s'assortie d'une trainée T opposée au déplacement de celui-ci.

Ces forces FP et T s'appliquent au foyer de portance hydrodynamique 0 défini par le système de sustentation.

Comme on peut le voir sur la Fig.2, qui représente un flotteur 1 entrant dans la constitution d'un mode de réalisation d'un système de sustentation pour aéronef de l'état de la technique, on appelle redan R une rupture de courbure par exemple de la partie inférieure de la coque de ce flotteur. Ce redan est destiné à décrocher les filets d'eau le long de la coque. en arrière de ce redan, permettant ainsi d'arroter le recul du foyer de portance hydrodynamique 0 de la surface concernée lors de l'accélération de l'aéronef.

Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, les systèmes de sustentation connus dans l'état de la technique sont inefficaces sur des aéronefs ne possédant pas de gouverne de profondeur comme par exemple des ailes delta. des ailes volantes. des ultra-légers motorisés pendulaires, etc..

En effet, comme on peut le voir plus particulièrement sur la Fig.3, la poussée de l'hélice du système de propulsion dont est équipé l'aéronef, et référencée FH sur cette figure, en combinaison avec la trainée hydrodynamique T mentionnée précédemment, induisent un premier couple qui a tendance à faire enfourner l'aéronef. Son moment s'ecrit
M1 = FH x H
FH étant la poussée du système de propulsion comme mentionné précédemment, en N, et H la hauteur au-dessus de l'eau lorsque l'aéronef atteint son point limite de déjaugeage, du point d'application de la force motrice du système de propulsion, en M.

Par ailleurs, le poids P de l'aéronef et la portance hydrodynamique FP induisent un autre couple opposé au premier et dont le moment s'écrit
M2 = P x D
P étant le poids de l'aéronef en N, mentionné précédemment, et O la distance horizontale entre le centre de gravité CG de l'aéronef et le foyer de portance hydrodynamique O, exprimée en M.

Pour que l'aéronef soit dans un état d'équilibre, il faut que les couples s'annulent et donc que
MI soit égal à M2, ce qui donne FH x H = P x D
Ceci entraine que D = FH x-H/P et on peut donc en conclure que la position d'équilibre de l'aéronef est fonction de la poussée du système de propulsion, de la hauteur du point d'application de cette poussée au-dessus de l'eau et surtout du poids de l'aéronef.

Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, l'augmentation de la vitesse de l'aéronef implique que la surface nécessaire à la sustentation hydrodynamique diminue, de sorte que le foyer de portance hydrodynamique recule.

Si le redan n'est pas assez en avant du système de sustentation, le moment d'enfournement engendré par la poussée du système de propulsion et la trainée de la coque du flotteur, n'est plus équilibré par le couple portance-poids du fait de la diminution de la distance D.

L'appareil pique alors et le foyer de portance avance brutalement puis recule à nouveau.

Pour résoudre ces problèmes, le système de sustentation de 1 aéronef suivant 1 invention, comporte au moins deux surfaces d'appui hydrodynamique distinctes et séparées, comme par exemple les surfaces 2 et 3 du flotteur 4 representé sur la figure 4. Ces surfaces sont adaptées pour créer chacune simultanément et pendant toute une phase de décollage ou d'ame-.

rissage, un foyer de portance hydrodynamique distinct
O' et O . Ces deux foyers distincts sont disposés de part ét d'autre du plan d'équilibre PE de 1 aéronef dans le sens longitudinal de celui-ci, et leur foyer résultant est situé à peu prés dans le plan d equili- bre pour améliorer la stabilité de l'aéronef lors des phases de décollage ou d'amerissage.

En effet, en déplaçant dans le sens longitudinal par exemple la surface de sustentation hydrodynamique principale de 1 aéronef, en avant ou en arrie- re du plan d'équilibre PE défini précédemment, et en ajoutant une deuxième surface d'appui hydrodynamique, respectivement en arrière ou en avant du plan d'équilibre, du côté opposé à la surface principale, qui prend en charge les variations du point d'équilibre et qui assure ainsi une régulation de l'incidence-de la surface de sustentation principale, on améliore la stabilité de l'aéronef.

On crée alors un système de sustentation hydrodynamique à deux foyers hydrodynamiques O' et O" suivant l'axe longitudinal de l'aéronef, induisant une répartition automatique des charges quelle que soit la vitesse de l'aéronef et permettant d'éliminer ainsi tout risque de déséquilibre de celui-ci. En effet, une augmentation de charge sur l'une des surfaces d'appui hydrodynamique, augmente sa surface immergée et donc sa portance, ce qui entraine un retour à l'équilibre du système.

Il est à noter que bien que dans l'exemple décrit en regard de la Fig.4, le système de sustentation comporte deux surfaces d'appui hydrodynamique distinctes et séparées, celui-ci peut également en comprendre trois, comme on peut le voir sur la Fig. 5.

Dans ce mode de réalisation, l'aéronef designé de ma niera générale par la référence 5 comporte trois surfaces d'appui hydrodynamique dont deux sont disposées symétriquement de part et d'autre de l'axe longitude nal de l'aéronef, d'un coté du plan d'équilibre PE de l'aéronef, par exemple à l'arriére de celui-ci, tandis que la troisième surface est, elle, disposée sur l'axe longitudinal de l'aéronef de l'autre côté, c'est à dire à l'avant, du plan d'équilibre Ces surfaces sont référencées respectivement 6, 7 et 8. Bien entendu, l'inverse peut également étre envisagé, c'est-à-dire que les deux surfaces d'appui disposées de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'aéronef peuvent être prévues à l'avant du plan d'équilibre, la troisième surface d'appui étant, elle, prévue à l'arrière de celui-ci, les côtés avant et arrière étant définis par rapport au sens de décollage ou d'amérissage de l'aéronef.

Sur la figure 6, on a représenté une autre variante de réalisation d'un système de sustentation d'un aéronef désigné de façon générale par la réfé- rence 9. Le système de sustentation comporte deux flotteurs principaux 10 et 11 disposés symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'aéronef et comportant chacun deux surfaces d'appui hydrodyna mique respectivement 12, 13 et 14, 15 aux extrémités de ces flotteurs et plus particulièrement en avant et en arrière du plan d'équilibre PE de 1 aéronef, pour assurer l'amélioration de la stabilité de celui-ci.

Le système de sustentation de 1 aéronef selon l'invention peut etre construit en tout matériau approprié qui soit étanche, résistant et léger. La répartition des surfaces sustentatrices, et leur incidence sont fonction des caractéristiques de l'aéronef, savoir de son poids, de la poussée du système de propulsion. de sa vitesse de décollage, de la hauteur de la poussée du système de propulsion au-dessus de l'eau, etc.., comme cela est connu en soi.

Les surfaces d'appui hydrodynamique peuvent etre constituées par des surfaces de forme connue dans l état de la technique, a savoir sous forme d'ailettes, de patins, etc..

Bien entendu, différents modes de réalisation de ces surfaces d'appui et de leur répartition peuvent être envisagés.

Claims

REVENDICATIONS

1. Aéronef adapté pour décoller ou se poser sur la surface de l'eau, du type comportant un sys tème de sustentation aérodynamique et un système de sustentation hydrodynamique, présentant un foyer de portance hydrodynamique (O) déterminé par le système de sustentation hydrodynamique et la vitesse de l'aéronef et un plan d'équilibre (PE) dont la position est déterminée par la relation

D = FH x H/P dans laquelle D représente la distance horizontale entre le centre de gravité (CG) de l'aéronef et le plan d'équilibre (PE, en M), FH. la poussée d'un système de propulsion dont est équipé l'aéronef (en

N), H la hauteur au-dessus de l'eau lorsque l'aéronef atteint son point limite de déjaugeage, du point d'application de la force motrice du système de propulsion (en M) et P le poids de l'aéronef (en N).

caractérisé en ce que le système de sustentation hydrodynamique comporte au moins deux surfaces d'appui hydrodynamique (2,3; 6,7, 8; 12,13,14,15) distinctes et séparées, créant chacune simultanément pendant toute une phase de décollage ou d'amérissage, un foyer de portance hydrodynamique distinct (O' O"), les deux foyers distincts étant disposés de part et d'autre du plan d'équilibre (PEI, dans le sens longitudinal de l'aéronef, et leur foyer résultant étant situé à peu près dans le plan d'équilibre (PE) pour améliorer la stabilité de l'aéronef lors des phases de décollage ou d'amérissage.

2. Aéronef selon la revendication 1, carac térisé en ce que le système de sustentation hydrodynamique comporte trois surfaces d'appui (6,7,8) dont deux sont disposées symétriquement de part et d'autre de l'axe longitudinal be l'aéronef.

3. Aéronef selon la revendication 2, carac térisé en ce que les deux surfaces d'appui (6,7) disposées de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'aéronef sont disposées en avant du plan d'équilibre, dans le sens du décollage ou de l'amérissage de l'aéronef.

4. Aéronef selon la revendication 2, carac térisé en ce que les deux surfaces d'appui (6,7) disposées de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'aéronef sont disposées en arrière du plan d'équilibre. dans le sens du décollage ou de l'amêrissage de l'aeronef.

5. Aéronef selon la revendication 3 ou 4.

caractérisé en ce que 1 autre surface d'appui (8) est disposée du côté du plan d'équilibre opposé à celui sur lequel sont disposées les deux surfaces d'appui symétriques, sur l'axe longitudinal du l'aéronef.

6. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de sustentation comporte quatre surfaces d'appui (12.13,14,15) disposées deux par deux de part et d'autre de l'axe longitudinal de l'aéronef et de part et d'autre du plan d'équilibre de celui-ci.

7. Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les surfaces d'appui sont délimitées par des portions de flotteurs.