FR2864029A1 - Aeronef convertible pourvu de deux "tilt fan" de part et d'autre du fuselage et d'un "fan" fixe insere dans le fuselage - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un aéronef convertible, pourvu d'un premier (1) et d'un deuxième (2) «tilt fan» disposés de part et d'autre du fuselage (F) légèrement en avant du centre de gravité de l'aéronef convertible (AC). De plus, cet aéronef convertible comporte de façon remarquable un «fan» fixe (3) figé en position verticale et inséré dans le fuselage (F).

Description

Aéronef convertible pourvu de deux tilt fan de part et d'autre du
fuselage et d'un fan fixe inséré dans le fuselage.
La présente invention concerne un aéronef convertible pourvu de rotors carénés basculants, communément dénommés tilt fan selon l'appellation anglaise par l'homme du métier, capable d'effectuer des décollages ou des atterrissages très courts voire verticaux.
De nombreuses formules ont été essayées dans l'histoire de l'aéronautique pour permettre à des aéronefs de décoller et de se 10 poser à la verticale.
La formule hélicoptère permet un control satisfaisant du vol stationnaire mais cela au détriment de la vitesse de croisière. Des recherches ont donc été menées pour améliorer le contrôle en stationnaire des avions. Cependant, les solutions employées jusqu'ici sont d'un rendement moyen et nécessitent des modifications complexes, soit des systèmes de propulsion soit des motorisations.
On connaît, par le document US 5054716, un aéronef convertible sur lequel chacun des rotors constitue, avec ses moyens de commande et sa motorisation, un ensemble basculant dénommé tilt rotor selon l'appellation anglaise par l'homme du métier. Dans cette configuration, chaque moteur doit pouvoir fonctionner en position sensiblement horizontale mais aussi verticale ce qui pose de nombreux problèmes liés soit au moteur soit aux câblages ou aux conduites hydrauliques et de carburant qui doivent aussi passer par un pivot de basculement. De surcroît, les moteurs étant généralement des turbomoteurs, les jets de gaz sortant de leur tuyère ont pour inconvénient, en mode hélicoptère, de dégrader la surface des aires de décollage et d'atterrissage.
On connaît par le document US 3.360.217 un aéronef convertible constitué de quatre tilt fan . Dans cette configuration, les moteurs sont disposés sur le fuselage et restent fixes quelque soit la phase de vol. En effet, le passage d'un vol d'avancement, dénommé mode avion , à un mode hélicoptère est réalisé en ne basculant que les tilt fan . Cela permet par conséquent de s'affranchir de tous les problèmes liés à la rotation d'un moteur en fonctionnement.
Cependant, l'utilisation de quatre tilt fan est particulièrement pénalisante dans la mesure ou l'aéronef doit être puissamment motorisé afin de pouvoir entraîner chacun de ces tilt fan . De plus, il va s'en dire que la masse de ce dispositif est importante ce qui réduit d'autant la masse utile de l'aéronef.
Il ressort de ces considérations d'une part que la configuration tilt rotor est particulièrement difficile à mettre en oeuvre et à industrialiser afin de surmonter les difficultés liées au basculement d'un moteur. D'autre part, la configuration tilt fan est plus aisée à mettre en oeuvre et ne présente pas les inconvénients décrits ci-dessus mais l'utilisation de quatre tilt fan augmente de façon pénalisante la masse de l'aéronef.
La présente invention a pour objet de proposer un aéronef convertible permettant de s'affranchir des limitations mentionnées précédemment.
Selon l'invention, un aéronef convertible, pourvu d'un premier et d'un deuxième tilt fan disposés de part et d'autre du fuselage légèrement en avant du centre de gravité de l'aéronef, comporte de façon remarquable un fan fixe figé en position verticale et inséré dans le fuselage.
En effet, pour tenir l'équilibre en vol stationnaire, trois fan sont amplement suffisants pour assurer un polygone de sustentation. La masse gagnée en supprimant un quatrième fan permet d'accroître de façon conséquente la masse utile de l'aéronef.
De plus, l'aéronef convertible comporte avantageusement deux ailes canard de manière à être correctement équilibré.
En outre, deux moteurs, insérés dans le fuselage, entraînent le fan fixe ainsi que le premier et le deuxième tilt fan . Les gaz d'échappement de ces moteurs sont mélangés dans une conduite à un flux d'air froid provenant du fan fixe, créant de ce fait un flux d'air dilué. Ce flux d'air dilué est expulsé de l'aéronef convertible par un déviateur de jet bidirectionnel. , Dans un premier mode de réalisation, l'aéronef convertible selon l'invention comporte deux ailes à flèche positive, donc dirigées vers l'arrière de l'aéronef, disposées de part et d'autre du fuselage en position haute. Nous verrons par la suite que chacune de ces ailes est avantageusement munie de volets hypersustentateurs ainsi que d'un winglet possédant un volet simple. Dans ce mode de réalisation, les moteurs, insérés derrière l'habitacle, sont alimentés en air par deux entrées d'air agencées sur les côtés du fuselage.
Dans un second mode de réalisation, l'aéronef convertible comporte deux ailes à flèche inversée, donc dirigées vers l'avant de l'aéronef, disposées de part et d'autre du fuselage en position haute. Chacune de ces ailes est avantageusement munie de volets hypersustentateurs. De plus, une dérive et un empennage autorisent un contrôle précis de l'assiette de l'aéronef. En outre, dans ce mode de réalisation particulier, les moteurs, agencés dans le fuselage au dessus de l'habitacle, sont alimentés en air par deux entrées d'air distinctes agencées sur le dessus du fuselage.
Enfin, le fan fixe, inséré dans le fuselage, aspire l'air provenant des entrées d'air des moteurs. Dans ces conditions, il n'est pas nécessaire d'ajouter un orifice supplémentaire sur le fuselage dans le but d'alimenter en air le fan fixe.
L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit, avec des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures 10 annexées qui représentent: - la figure 1, une vue de dessus schématique d'un aéronef convertible selon un premier mode de réalisation, - la figure 2, une vue de dessus schématique d'un aéronef convertible selon un deuxième mode de réalisation, - la figure 3, une vue de côté d'un aéronef convertible selon un premier mode de réalisation ayant des tilt fan en position verticale, - la figure 4, une vue de côté d'un aéronef convertible selon un deuxième mode de réalisation ayant des tilt fan en position verticale, - la figure 5, une vue de côté d'un aéronef convertible selon un premier mode de réalisation ayant des tilt fan en position horizontale, - la figure 6, une vue de côté d'un aéronef convertible selon un deuxième mode de réalisation ayant des tilt fan en position horizontale.
Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence.
La figure 1 présente un aéronef convertible AC' bâti selon un premier mode de réalisation. Cet aéronef convertible AC' comporte deux moteurs 4, 5, insérés à l'intérieur d'un fuselage F', respectivement pourvus de deux arbres moteurs 10,11. Deux entrées d'air 14', 15', respectivement agencées sur les côtés 20, 30 du fuselage F' alimentent en air les moteurs 4 et 5. Les gaz d'échappement de ces moteurs 4,5 sont rejetés dans une conduite 6 du fuselage F'.
La figure 2 présente un aéronef convertible AC bâti selon un deuxième mode de réalisation. Cet aéronef convertible AC comporte deux moteurs 4,5, insérés à l'intérieur d'un fuselage F, respectivement pourvus de deux arbres moteurs 10,11. Deux entrées d'air 14, 15 agencées sur le dessus du fuselage alimentent en air les moteurs 4 et 5. Les gaz d'échappement de ces moteurs 4,5 sont rejetés dans une conduite 6 du fuselage F. En outre, la bi-motorisation de ces aéronefs convertibles AC, AC' présente l'avantage d'être très sécuritaire dans la mesure où la panne d'un seul moteur ne perturbera pas de manière sensible le fonctionnement de l'aéronef AC, AC'.
En référence aux figures 1 et 2, les arbres moteurs 10, 11 mettent en rotation un unique arbre d'interconnexion 9 par l'intermédiaire de deux ensembles distincts de pignons.
Une boite de transmission principale 12, agencée sur l'arbre d'interconnexion 9, permet de transférer la puissance des deux moteurs 4, 5 à un rotor fixe dénommé fan fixe 3, figé en position verticale et inséré dans le fuselage, via un arbre de transmission secondaire 13. De la même façon, cette boite de transmission principale 12 entraîne les pales d'un premier 1 et d'un deuxième 2 tilt fan via un arbre de transmission principal 7.
Le fan fixe 3 aspire de l'air frais provenant des entrées d'air 14, 14', 15, 15' et le rejette dans la conduite 6. Par conséquent, les gaz d'échappement provenant des deux moteurs 4, 5 sont dilués par de l'air frais dans cette conduite 6. Cette dilution annule quasiment la signature infrarouge de cet aéronef AC, AC'.
Le flux d'air dilué, résultant du flux d'air rejeté par le fan fixe 3 et des gaz d'échappement des moteurs 4, 5, est éjecté de l'aéronef convertible AC, AC' par un déviateur de jet 8 bidirectionnel. Ce flux d'air dilué, orienté vers l'arrière en mode avion par le déviateur 8, participe à la propulsion de l'aéronef AC, AC'. En mode hélicoptère, le déviateur de jet 8 le dirige vers le bas de manière à assurer l'équilibre et le contrôle longitudinal de l'aéronef AC, AC'.
Par ailleurs, les premier 1 et deuxième 2 tilt fan sont disposés de part et d'autre du fuselage F, F' légèrement en avant du centre de gravité de l'aéronef convertible AC, AC'. De plus, ces deux tilt fan 1, 2 peuvent basculer autour de l'arbre de transmission principal 7.
L'implantation des premier 1 et deuxième 2 tilt fan sur le fuselage F, F' correspond sensiblement à l'endroit où est positionnée l'emplanture des ailes sur un avion classique de type non convertible.
Par conséquent, la configuration tilt fan impose de positionner les ailes Al, A2, Al', A2' sur la partie arrière du fuselage F, F'. L'aéronef AC, AC' ne pourra donc être correctement contrôlé en tangage que s'il possède des surfaces aérodynamiques à l'avant du fuselage dénommées ailes canard Cl, C2, Cl', C2' dans le vocable aéronautique. La formule canard est de ce fait une conséquence directe de la configuration tilt fan .
De plus, les bords de fuites des ailes Al, A2, Al', A2' sont respectivement munies de volets hypersustentateurs 5 VF1,VF2,VFI',VF2' à double fente ou analogue.
En référence aux figures 3 et 4, en mode avion, les premier 1 et deuxième 2 tilt fan sont en position verticale. Ils se comportent ainsi comme des hélices, assurant de ce fait la propulsion de l'aéronef AC, AC' en combinaison avec le flux d'air dilué éjecté vers l'arrière par le déviateur de jet 8.
En référence aux figures 5 et 6, en mode hélicoptère, les premier 1 et deuxième 2 tilt fan sont dans une position sensiblement horizontale et assurent ainsi la sustentation de l'aéronef AC, AC' en combinaison avec le flux d'air dilué éjecté vers le bas par le déviateur de jet 8. Pour ce faire, comme indiqué par une flèche sur les figures 5 et 6, ces premier 1 et deuxième 2 tilt fan basculent dans le sens anti-trigonométrique autour de l'arbre de transmission principal 7.
A titre d'exemples, on examine par la suite de quelle manière 20 l'aéronef convertible effectue un atterrissage court ou vertical.
Dans le but de réaliser un atterrissage court, les premier 1 et deuxième 2 tilt fan sont en position verticale. Les ailes Al, A2, Al', A2' sont dans le flux des premier 1 et deuxième 2 tilt fan .
Les volets hypersustentateurs VF1, VF2, VF1', VF2' permettent de défléchir vers le bas le flux de ces tilt fan augmentant ainsi de manière sensible la portance des ailes Al, A2, Al', A2'. Le décrochage aérodynamique de ces ailes AI, A2, Al', A2' est alors retardé. Dans ces conditions, la vitesse d'approche est réduite ce qui implique que la distance nécessaire à l'atterrissage est très courte.
L'aéronef convertible AC, AC' autorise aussi un atterrissage vertical. En effet, il entame alors une conversion du mode avion au mode hélicoptère en basculant progressivement les premier 1 et deuxième 2 tilt fan . Une fois en position horizontale, ces tilt fan 1, 2 assurent la sustentation de l'aéronef AC, AC' en combinaison avec le flux d'air dilué éjecté vers le bas par le déviateur de jet 8. Ce dernier fonctionne alors comme un hélicoptère et peut se poser verticalement.
L'assiette de l'aéronef convertible peut être équilibrée en mode avion de différentes manières. Une première solution consiste à utiliser deux ailes canard et des winglet munis d'un volet simple, une seconde solution utilisant 2 ailes canard , un empennage horizontal et une dérive. Le choix du mode de réalisation dépend du centrage des moteurs, de la charge utile ainsi que du type d'appareil à savoir un faible tonnage (environ inférieur à six tonnes) ou un tonnage important (environ supérieur à six tonnes).
En référence à la figure 1, l'installation motrice est située derrière l'habitacle, ce dernier n'occupant que partiellement le fuselage. Le centrage de l'aéronef impose l'emploi d'ailes Al', A2' à flèche positive, c'est-à-dire dirigées vers l'arrière de l'aéronef.
L'extrémité de ces ailes est pourvue d'éléments verticaux 25 dénommés winglet W selon l'appellation anglaise dans le vocable aéronautique.
Ces winglet W sont couramment utilisés sur les avions modernes. Ils réduisent la différence de pression entre l'intrados et l'extrados de l'extrémité d'une aile de manière à diminuer le tourbillon marginal de nature turbulente. De ce fait, les winglet W améliorent le niveau vibratoire de l'aéronef. De plus, ils augmentent l'allongement relatif des ailes, réduisant par conséquent leur traînée.
De surcroît, dans le cas de l'aéronef convertible AC' de faible tonnage selon l'invention, les ailes Al', A2' se trouvent très en arrière du fuselage et leur flèche est très importante. Chaque winglet W peut alors servir de dérive en étant équipé d'un volet simple V. La position des ailes Al', A2' sur le fuselage F' est primordiale. Des ailes en position haute, c'est-à-dire agencées sur le dessus du fuselage, et des ailes en position basse, c'est-à-dire agencées sur la partie inférieure du fuselage n'ont incontestablement pas le même impact sur le fonctionnement de l'aéronef. En effet, afin de passer du mode avion au mode hélicoptère, les premier 1 et deuxième 2 tilt fan sont basculés afin de diriger leur poussée vers le sol. La durée pendant laquelle les ailes Al', A2' sont exposées aux flux d'air inclinés provenant du premier 1 et du deuxième 2 tilt fan doit être minimisée de manière à ne pas perturber le fonctionnement de l'aéronef.
Si les ailes sont en position basse, les flux d'air provenant des premier 1 et deuxième 2 tilt fan impactent l'extrados des ailes Al', A2'. Par suite, la portance de ces ailes Al', A2' diminue ce qui peut induire un problème de sécurité majeur à savoir une perte du contrôle de l'aéronef AC'. Dans ces conditions, seule une position haute des ailes Al', A2' permet de répondre au besoin.
En référence à la figure 2, dans un deuxième mode de réalisation, l'aéronef convertible AC a un tonnage important.
L'installation motrice est positionnée dans la partie supérieure du fuselage F, au dessus de l'habitacle. Cette disposition permet ainsi à cet habitacle d'occuper la majeure partie du fuselage F et procure donc à l'aéronef convertible AC une grande capacité d'emport interne.
Le centrage l'aéronef convertible AC impose alors l'emploi d'ailes Al, A2 à flèche inversée, c'est-à-dire dirigées vers l'avant de l'aéronef. En effet, l'utilisation d'ailes à flèche positive aurait pour conséquence, dans ce mode de réalisation, un surdimensionnement des ailes canard ce qui serait notamment pénalisant en terme de masse.
La flèche des ailes Al, A2 étant inversée, leur extrémité ne se trouve pas à l'arrière de l'aéronef mais plutôt au milieu de celui-ci. Contrairement au premier mode de réalisation, concernant un aéronef convertible de faible tonnage, des winglet ne pourraient pas servir de dérive car ils seraient situés trop près du centre de gravité de l'aéronef AC. Une dérive D est donc agencée à l'arrière du fuselage. De façon avantageuse, cette dérive D est pourvue d'un empennage E, la dérive D participant au contrôle du lacet et l'empennage E au contrôle du tangage.
Par ailleurs, afin d'éviter toute perte du contrôle de l'aéronef convertible AC, lors du passage du mode avion au mode hélicoptère les ailes AI, A2, sont agencées sur le fuselage F en position haute.
Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisations aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims (1)

11 REVENDICATIONS
1. Aéronef convertible pourvu d'un premier (1) et d'un deuxième (2) tilt fan disposés de part et d'autre du fuselage (F,F') légèrement en avant du centre de gravité dudit aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un fan (3), figé en position verticale et inséré dans le fuselage (F,F)'.
2. Aéronef convertible selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux ailes canard (Cl, C2, Cl', C2') sont disposées de part et d'autre dudit fuselage (F,F').
3. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux moteurs (4,5) insérés dans ledit fuselage (F,F'), entraînent ledit fan fixe (3) ainsi que le premier (1) et le deuxième (2) tilt fan .
4. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz d'échappement desdits deux moteurs (4,5) sont mélangés dans une conduite (6) à un flux d'air froid provenant dudit fan fixe (3), créant de ce fait un flux d'air dilué.
5. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que un déviateur de jet bidirectionnel (8), agencé à l'arrière dudit aéronef, oriente ledit flux d'air dilué lors de son expulsion de l'aéronef.
6. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moteurs (4,5) sont insérés dans le fuselage (F') derrière l'habitacle dudit aéronef convertible (AC') .
7. Aéronef convertible selon la revendication 6, caractérisé en ce que, ledit aéronef convertible (AC') étant pourvu de deux ailes (A1',A2') disposées de part et d'autre du fuselage (F'), lesdites ailes (A1',A2') ont une flèche positive.
8. Aéronef convertible selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque extrémité desdites ailes (A1',A2') est munie d'un winglet (W).
9. Aéronef convertible selon revendication 8, caractérisé en ce que ledit winglet W comporte un volet simple (V).
10. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que deux entrées d'air distinctes (14',15'), respectivement situées sur les côtés (20,30) du fuselage (F'), alimentent en air frais lesdits moteurs (4,5) 11. Aéronef convertible selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moteurs (4,5) sont insérés dans le fuselage (F) au dessus de l'habitacle dudit aéronef convertible (AC).
12. Aéronef convertible selon la revendication 11, caractérisé en ce que, ledit aéronef convertible (AC) étant pourvu de deux ailes (A1,A2) disposées de part et d'autre du fuselage (F), lesdites ailes (Al,A2) ont une flèche inversée.
13. Aéronef convertible selon l'une quelconque des
revendications 11 à 12,
caractérisé en ce qu'il comporte une dérive (D).
14. Aéronef convertible selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite dérive (D) est munie d'un empennage (E).
15. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que deux entrées d'air distinctes (14,15), situées sur le dessus du fuselage (F) alimentent en air frais lesdits moteurs (4,5).
16. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fan fixe (3) aspire de l'air provenant desdites entrées d'air (14,15,14',15').
17. Aéronef convertible selon l'une quelconque des 20 revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites ailes (A1,A2,A1',A2') sont en position haute.
18. Aéronef convertible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites ailes (A1,A2, A1',A2') sont munies de volets hypersustentateurs (VF1,VF2,VFI',VF2') à double fente.
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