FR2873096A1 - Avion multimoteur - Google Patents

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Abstract

- Avion multimoteur.- L'invention concerne un avion multimoteur, dont au moins deux moteurs (2, 3) sont associés aux ailes du fuselage respectivement symétriquement par rapport au plan longitudinal vertical de symétrie de ce dernier et dont un troisième (7) est prévu au niveau de la queue dudit fuselage, qui comporte les empennages arrière, selon ledit plan longitudinal. Avantageusement, les empennages arrière (9, 10) définissent un canal (11), symétrique par rapport audit plan longitudinal du fuselage, et le troisième moteur (7) est agencé dans le plan de symétrie dudit canal correspondant audit plan longitudinal et est monté sur la partie supérieure dudit fuselage de façon surélevée et devant les empennages, pour que la sortie de ce troisième moteur se trouve sensiblement à l'entrée du canal (11) défini par lesdits empennages.

Description

La présente invention concerne un avion multimoteur et plus
particulièrement, quoique non exclusivement, un avion équipé de trois moteurs dont deux sont associés respectivement aux ailes du fuselage symétriquement par rapport au plan longitudinal vertical de ce dernier et dont le
troisième est prévu en queue du fuselage au niveau des empennages arrière.
On connaît déjà des avions équipés de trois moteurs ayant l'architecture résumée ci-dessus, comme le Lockheed L1011 et le McDonnell Douglas DC-10 ou MD-11. En particulier, le troisième moteur est situé structurellement et géométriquement entre l'empennage horizontal et l'empennage vertical dont il porte la dérive. Ces avions, dont la conception remonte aux années 1970 et dont certains sont encore en service, sont équipés de moteurs puissants pour assurer des liaisons long-courriers mais qui engendrent en raison de leur époque de conception un bruit important et une consommation élevée de carburant. En effet, le bruit engendré par le troisième moteur est particulièrement gênant pour les passagers situés à l'arrière de la cabine, ainsi que pour les riverains des aéroports lorsque l'avion est en phase d'atterrissage ou de décollage, puisque, de par l'emplacement de ce troisième moteur, le bruit se diffuse tout autour de la par- tie arrière du fuselage.
Aussi, cette architecture a été progressivement abandonnée pour laisser place à une architecture plus simple du type biréacteur entraînant des performances égales.
En effet, actuellement, à l'exception des avions très long-courriers, du type Airbus A-340 et Boeing 747, les avions de ligne sont pour la plupart réalisés avec une architecture à deux moteurs tels que des turboréacteurs, portés symétriquement et respectivement par les ailes du fuselage. Grâce au progrès technique qui a permis de développer des turboréacteurs particulièrement puissants et performants, ces avions biréacteurs peuvent effectuer non seulement des vols court et moyen-courriers, mais les plus gros d'entre eux sont certifiés également pour réaliser des vols longcourriers en toute sécurité malgré seulement l'utilisation de deux moteurs et même malgré un dysfonctionnement de l'un d'eux.
Cependant, en contrepartie, ces puissants turboréacteurs ont une masse et une dimension de plus en plus élevées de sorte qu'ils obligent à concevoir une structure d'avion (fuselage, ailes et train d'atterrissage notamment) en conséquence pouvant supporter les contraintes et ils engendrent également un bruit non négligeable en raison de leur surdimensionnement aussi bien pour les passagers que pour les riverains des aéroports (en phase de décollage et d'atterrissage), malgré les progrès effectués dans ce domaine par les motoristes.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
A cet effet, selon l'invention, l'avion multimoteur dont au moins deux moteurs sont associés aux ailes du fuselage respectivement symétriquement par rapport au plan longitudinal vertical de symétrie de ce dernier et dont un troisième moteur est prévu au niveau de la queue dudit fuselage, qui comporte les empennages arrière, selon ledit plan longitudinal, est remarquable, selon l'invention, en ce que lesdits empennages arrière définissent un canal, symétrique par rapport audit plan longitudinal du fuselage et en ce que ledit troisième moteur est agencé dans le plan de symétrie dudit canal correspondant audit plan longitudinal, et est monté sur la partie supérieure dudit fuselage de façon surélevée et devant lesdits empennages, pour que la sortie de ce troisième moteur se trouve sensiblement à l'entrée dudit canal défini par lesdits empennages.
Ainsi, grâce à l'invention, la conception des empennages arrière sous la forme d'un canal et l'agencement du troisième moteur à l'entrée du canal permet de réduire considérablement les problèmes acoustiques précédents, puisque le bruit engendré par le troisième moteur du fuselage est aspiré par le canal pour s'évacuer le long de celui-ci, vers le haut loin du fuselage, c'est-à-dire loin des passagers situés à l'arrière de la cabine et a fortiori des riverains des aéroports. Le bruit engendré est ainsi masqué par les empennages arrière du fuselage qui constituent un écran acoustique.
En conséquence, comme l'invention s'affranchit en partie des problèmes liés aux nuisances sonores, on peut revenir à une architecture à trois moteurs et concevoir alors des avions équipés avantageusement de moteurs d'ailes dimensionnellement plus petits donc moins lourds et moins bruyants, en conservant une puissance globale analogue à un bi- réacteur équipé de gros moteurs.
Par ailleurs, l'utilisation de trois moteurs n'implique pas d'augmentation de masse de l'avion comparativement à un avion à deux moteurs (puisque les moteurs d'ailes sont plus petits), et la masse supplémentaire liée à la conception du canal défini par les empennages arrière est largement compensée par la perte de masse des atterrisseurs du fait qu'ils sont dimensionnellement moins grands et moins volumineux en raison des moteurs plus petits.
De préférence, ledit canal défini par les empennages arrière a sensiblement une forme en U dont la base correspond aux deux stabilisateurs de l'empennage arrière horizontal issus respectivement de part et d'autre de la queue dudit fuselage, tandis que les branches latérales correspondent aux deux dérives de l'empennage arrière vertical, situées en bout desdits stabilisateurs.
En variante, ledit canal peut avoir sensiblement une forme en V. Selon une autre variante, lesdits empennages arrière peuvent former un H dont la partie supérieure dudit H correspond audit canal.
Avantageusement, ledit troisième moteur disposé devant ledit canal est agencé de façon que son axe géométrique, contenu dans ledit plan longitudinal vertical de symétrie, passe au voisinage de la base dudit canal. Ainsi, les gaz sortant du moteur sont "repris" en position basse du canal et s'écoulent le long des empennages en perdant de leur intensité.
De préférence, la partie supérieure de la queue dudit fuselage est aplatie dans un plan perpendiculaire audit plan longitudinal vertical de symétrie du fuselage. Ainsi, quant ledit canal est en U, l'empennage horizontal prolonge la queue aplatie du fuselage de façon sensiblement continue.
Par ailleurs, pour optimiser l'aspiration des gaz sortant du moteur par le canal et masquer ainsi au mieux le bruit engendré, lesdits stabilisateurs de l'empennage horizontal sont légèrement inclinés symétriquement vers le haut pour former, lorsqu'ils sont vus dans un plan vertical perpendiculaire audit plan longitudinal vertical, un V ouvert dont la pointe correspond à leur liaison à la queue dudit fuselage. De plus, lesdits stabilisateurs de l'empennage horizontal sont légèrement inclinés symétriquement vers l'arrière dudit fuselage pour former, lorsqu'ils sont vus dans un plan horizontal perpendiculaire audit plan longitudinal vertical, un V ouvert dont la pointe correspond à leur liaison à la queue dudit fuselage.
En outre, on sait que les avions civils sont équipés d'une génératrice de puissance auxiliaire, en plus des moteurs, notamment pour le fonctionnement de servitudes lorsque l'avion est au sol. Selon l'invention, ledit troisième moteur peut actionner la génératrice de puissance auxiliaire.
De plus, le troisième moteur pourrait être différent des deux moteurs d'ailes.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation de l'avion multimoteur conforme à l'invention.
Les figures 2, 3 et 4 sont respectivement des vues de côté, de dessus et de face dudit avion représenté sur la figure 1.
La figure 5 est une vue en perspective agrandie de la queue dudit fuselage, équipée du troisième moteur.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, l'avion 1 comprend trois moteurs (du type turboréacteur), dont deux 2, 3 sont disposés sous les ailes 4, 5 du fuselage 6, respectivement symétriquement par rapport au plan longitudinal vertical de symétrie P de ce der-nier, et dont le troisième 7 est prévu au niveau de la queue 8 du fuselage qui comporte les empennages arrière horizontal et vertical 9 et 10, selon le plan longitudinal P. La référence numérique 13 représente le train d'atterrissage usuel d'un tel avion.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 1, 4 et 5, les empennages horizontal 9 et vertical 10 définissent, selon l'invention, un canal 11 qui est, dans cet exemple, sensiblement en forme de U et qui est géométriquement symétrique par rapport au plan longitudinal P du fuselage 6. Le troisième moteur 7 est alors agencé dans le plan de symétrie du canal, c'est-à-dire le plan P, et est avantageusement disposé en partie supérieure 8A de la queue 8 du fuselage, devant les empennages horizontal 9 et vertical 10, pour que sa sortie 7A soit située à l'entrée du canal Il, comme le montrent notamment les figures 2 et 3.
Structurellement, l'empennage horizontal 9 se compose de deux stabilisateurs 12 raccordés fixement à la queue du fuselage et agencés symétriquement et respectivement de part et d'autre de son plan P. Ces stabilisateurs définissent la base du U dudit canal 11 et, pour canaliser au mieux la propagation du bruit engendré par le moteur, ils sont inclinés vers le haut et vers l'arrière par rapport au fuselage.
On voit ainsi sur les figures 1, 4 et 5 que les stabilisateurs 12 sont légèrement inclinés symétriquement vers le haut par rapport à l'horizontale, de façon à former un V largement ouvert dont la pointe correspond à la zone 14 de la queue du fuselage qui les relie. La base du canal 11 en U est ainsi légèrement concave. De plus, ces stabilisateurs 12 sont également inclinés symétriquement vers l'arrière, lorsqu'on les voit de dessus comme sur la figure 3, pour former un V largement ouvert fuyant le fuselage et dont la pointe correspond à la zone de liaison 14. Bien évidemment, les stabilisateurs 12 de l'empennage horizontal 9 sont munis de gouvernes de profondeur respectives 15.
Quant à l'empennage vertical 10, il se compose de deux dérives 16 symétriques par rapport au plan P et qui sont rapportées fixement au bout des extrémités libres des stabilisateurs 12, opposées à celles issues du fuselage. Ces dérives 16 sont agencées verticalement, parallèlement l'une à l'autre, et définissent les branches latérales du U dudit canal, de la manière montrée notamment sur la figure 4. Des gouvernes de direction 17 sont en outre prévues au bord arrière des dérives et le bord avant de celles-ci est incliné de sorte que chaque dérive, vue en plan comme sur la figure 2, s'affine en direction de son bord d'extrémité supérieure.
Par ailleurs, la partie supérieure 8A de la queue 8 du fuselage est légèrement aplatie dans un plan perpendiculaire au plan longitudinal vertical P, de sorte que les stabilisateurs 12 de l'empennage horizontal suivent approximativement le profil supérieur de la zone de liaison 14 alors aplatie de la queue, comme le montre la figure 5 notamment.
Le troisième moteur 7, qui est disposé devant le canal défini par les empennages 9, 10, est agencé de façon que son axe géométrique ho- rizontal A qui est contenu dans le plan P, passe en partie basse du U dudit canal.
Aussi, pour cela, le troisième moteur est monté de façon surélevée par rapport à la queue aplatie du fuselage pour que son entrée 7B soit située au-dessus du fuselage comme le montrent les figures 2 et 4, et que sa sortie 7A débouche en partie basse du U dudit canal 11, c'est-à-dire au voisinage mais à distance de la zone de liaison 14 avec l'empennage horizontal.
Ainsi, la température des gaz émis par la tuyère du moteur 7 nie- fecte pas la structure environnante, alors que les ondes acoustiques engendrées se dirigent vers le canal 11 selon les profils indiqués schématiquement en B1 et B2 (voir ci-dessous) sur les figures 2 et 3.
Par la combinaison des empennages sous la forme d'un canal 11 en U et de l'agencement du troisième moteur 7 devant le canal dans son plan de symétrie, les problèmes acoustiques liés à l'emplacement de ce moteur sont en grande partie résolus, puisque les ondes acoustiques engendrées par le moteur, sortant de la tuyère et de la soufflante (respectivement références B1 et B2 sur les figures 2 et 3) se diffusent, selon les profils indiqués, sur l'extrémité aplatie 14 de la queue 8 du fuselage et les stabilisateurs 12 pour remonter schématiquement selon les flèches f (figures 2 à 4), par l'agencement en V ouvert de ces derniers, vers et le long des dérives verticales 17 d'où elles sont évacuées vers le haut et vers l'arrière, c'est-à-dire au loin des passagers arrière et a fortiori des riverains des aéroports.
Par l'utilisation d'un troisième moteur, on peut alors utiliser sous les ailes deux moteurs de moindre poussée que celle des biréacteurs usuels, donc moins bruyants et ayant moins de masse, de sorte que la dimension et la masse du train d'atterrissage 13 (principal et avant) peu- vent être réduites, la perte de masse compensant largement la masse supplémentaire entraînée par les empennages en U. Par ailleurs, le troisième moteur peut également être utilisé pour actionner la génératrice de puissance auxiliaire.
Bien évidemment, le troisième moteur pourrait avoir une puissance différente des deux autres moteurs d'ailes.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Avion multimoteur, dont au moins deux moteurs (2, 3) sont associés aux ailes du fuselage respectivement symétriquement par rapport au plan longitudinal vertical de symétrie de ce dernier et dont un troisième (7) est prévu au niveau de la queue dudit fuselage, qui comporte les empennages arrière, selon ledit plan longitudinal, caractérisé en ce que lesdits empennages arrière (9, 10) définissent un canal (11), symétrique par rapport audit plan longitudinal du fuselage et en ce que ledit troisième moteur (7) est agencé dans le plan de symétrie dudit canal correspondant audit plan longitudinal, et est monté sur la partie supérieure dudit fuselage de façon surélevée et devant lesdits empennages, pour que la sortie (7A) de ce troisième moteur se trouve sensiblement à l'entrée dudit canal (11) défini par lesdits empennages.
2. Avion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit canal (11) défini par les empennages arrière a sensiblement une forme en U dont la base correspond aux deux stabilisateurs (12) de l'empennage arrière horizontal (9), issus respectivement de part et d'autre de la queue dudit fuselage, tandis que les branches latérales correspondent aux deux dérives (16) de l'empennage arrière vertical (10), situées en bout desdits stabilisateurs.
3. Avion selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit canal (Il) a sensiblement une forme en V.
4. Avion selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits empennages arrière forment sensiblement un H dont la partie supérieure dudit H correspond audit canal (11).
5. Avion selon l'une des revendications précédentes 1 à 4, caractérisé en ce que ledit troisième moteur (7) disposé devant ledit canal (Il) est agencé de façon que son axe géométrique, contenu dans ledit plan longitudinal vertical de symétrie, passe au voisinage de la base dudit canal.
6. Avion selon l'une des revendications précédentes 1 à 5, caractérisé en ce que la partie supérieure (8A) de la queue (8) dudit fuse- lage (6) est aplatie dans un plan perpendiculaire audit plan longitudinal vertical de symétrie du fuselage.
7. Avion selon l'une des revendications 2 et 4,
caractérisé en ce que lesdits stabilisateurs (12) de l'empennage horizontal sont légèrement inclinés symétriquement vers l'arrière dudit fuselage (6) pour former, lorsqu'ils sont vus dans un plan horizontal perpendiculaire audit plan longitudinal vertical, un V ouvert dont la pointe correspond à leur liaison à la queue dudit fuselage.
8. Avion selon l'une des revendications 2 et 4,
caractérisé en ce que lesdits stabilisateurs (12) de l'empennage horizontal sont légèrement inclinés symétriquement vers le haut pour former, lors-qu'ils sont vus dans un plan vertical perpendiculaire audit plan longitudinal vertical, un V ouvert dont la pointe correspond à leur liaison à la queue dudit fuselage.
9. Avion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, du type équipé d'une génératrice de puissance auxiliaire, caractérisé en ce que ledit troisième moteur (7) peut actionner ladite génératrice de puissance auxiliaire.
10. Avion selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moteurs (2, 3, 7) sont identiques.
11. Avion selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit troisième moteur (7) est différent des deux autres moteurs (2, 3) d'ailes.
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