FR2941915A1

FR2941915A1 - Aeronef presentant deux paires d'ailes

Info

Publication number: FR2941915A1
Application number: FR0950901A
Authority: FR
Inventors: Olivier Cazals; De La Sagne Jaime Genty
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-13
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: US20100200703A1; FR2941915B1; US8439310B2

Abstract

L'aéronef (2) comprend : - un fuselage (4), - une paire d'ailes avant (6a, 6b) ; - une paire d'ailes arrière (8a, 8b) ; et - une paire de corps (20a, 20b), chaque corps reliant, à distance du fuselage, les ailes avant et arrière situées sur un même côté du fuselage.

Description

-1- L'invention concerne les aéronefs à voilure fixe. On connaît des avions à voilure dite tandem, comprenant une paire d'ailes avant et une paire d'ailes arrière. Une telle configuration présente certains avantages. En particulier, elle améliore la portance.

Cette configuration présente toutefois quelques inconvénients. Ainsi, les ailes présentent souvent une faible efficacité aérodynamique, en particulier à leur extrémité distale. De plus, cet agencement pose des problèmes de rigidité structurale. Un but de l'invention est d'améliorer l'efficacité aérodynamique des ailes dans une telle configuration ainsi que la rigidité structurale de l'aéronef.

A cet effet, on prévoit selon l'invention un aéronef qui comprend : - un fuselage, - une paire d'ailes avant ; - une paire d'ailes arrière ; et - une paire de corps, chaque corps reliant, à distance du fuselage, les ailes avant et arrière situées sur un même côté du fuselage. Ainsi, la présence des corps fixés aux ailes améliore l'aérodynamique de ces dernières. Selon les cas, cette amélioration peut consister en une meilleure maîtrise des tourbillons d'extrémité de voilure ou de la loi des aires ou encore une plus grande efficacité des gouvernes d'extrémité de voilure.

La solidarisation des ailes avant et arrière au moyen des corps améliore la rigidité structurale de l'aéronef, en particulier le comportement en torsion et en flexion des voilures. Le comportement en flexion des voilures rendu solidaires par les corps pourra être encore amélioré par le choix des dièdres de ces voilures. L'architecture structurale qui résulte de la présence des corps rend possible une réduction de la masse de la structure. La présence des corps en outre donne une plus grande flexibilité dans le choix de la géométrie des voilures, en particulier concernant leur allongement, leur effilement, leur épaisseur relative et la position relative de la voilure avant et de la voilure arrière. Cette flexibilité permet une optimisation aérodynamique et structurale de la configuration de l'aéronef. Les moteurs peuvent aussi plus facilement être positionnés sur l'intrados ou sur l'extrados de la voilure avant ou de la voilure arrière. La présence des corps offre une plus grande flexibilité pour leur positionnement suivant la direction Y, c'est-à-dire suivant la direction horizontale perpendiculaire à la longueur du fuselage, et ce grâce à l'architecture structurale favorable à l'égard de la flexion de la voilure. 2941915 -2- L'aéronef selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - chaque corps a une forme fuselée ; - chaque corps comprend un caisson ; 5 - sur chaque corps, les parties des ailes contiguës au corps s'étendent à distance l'une de l'autre ; - chaque corps comporte au moins un appendice ; - les corps font partie de la structure de l'aéronef ; - chaque corps s'étend en saillie des ailes qui lui sont associées, suivant au moins 10 l'une des directions suivantes : vers l'avant, vers l'arrière, vers le haut, vers le bas, et en direction opposée au fuselage, et de préférence suivant toutes ces directions ; - les corps comprennent un réservoir de carburant ; - chaque corps est en communication avec un réservoir de carburant d'au moins une des ailes reliées au corps et de préférence des deux ailes ; 15 - chaque corps comprend au moins un organe électrique, électronique ou hydraulique, tel qu'un organe de navigation, un organe de communication et un organe de détection ; - l'une des paires d'ailes, par exemple la paire avant, s'étend à partir d'une zone inférieure du fuselage et l'autre paire d'ailes, par exemple la paire arrière, s'étend à partir 20 d'une zone supérieure du fuselage ; - chaque corps est relié aux extrémités des ailes qui lui sont associées ; et - la paire d'ailes avant présente une configuration en flèche et la paire d'ailes arrière présente une configuration en flèche inversée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la 25 description suivante d'un mode préféré de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un avion selon un mode préféré de réalisation de l'invention ; - les figures 2, 3 et 4 sont des vues respectives de face, de côté et de dessous de 30 l'avion de la figure 1 ; - la figure 5 est une vue en perspective et en transparence de l'un des corps de l'avion de la figure 1 ; et - les figures 6 et 7 sont des vues de dessus et de face de l'avion de la figure 1 avec superposition d'un avion à voilure classique à titre de comparaison. 2941915 -3- Nous allons décrire en référence aux figures 1 à 5 un avion constituant un mode préféré de réalisation de l'aéronef selon l'invention. L'aéronef selon l'invention pourra cependant être d'un autre type qu'un avion. L'invention pourra être un aérodyne. L'avion 2 comprend un fuselage 4 allongé suivant la direction longitudinale X de 5 l'avion. On utilise ici un repère classique illustré à la figure 2 où la direction X est la direction horizontale longitudinale du fuselage, la direction Y la direction horizontale perpendiculaire à la direction X et la direction Z la direction verticale. Dans le présent exemple, l'avion 2 comprend une paire d'ailes avant 6a, 6b et une paire d'ailes arrière 8a, 8b. Chacune de ces quatre ailes présente une extrémité proximale 10 fixée au fuselage 4. Les ailes avant 6a, 6b sont fixées à une zone basse ou inférieure du fuselage 4, tandis que les ailes arrière 8a, 8b sont fixées à une zone haute ou supérieure du fuselage. Dans le présent exemple encore, les ailes avant 6a, 6b ont une configuration en flèche tandis que les ailes arrière 8a, 8b ont une configuration en flèche inversée. Cela 15 signifie que lorsqu'on parcourt l'une des ailes avant à partir du fuselage, chaque aile avant est inclinée vers l'arrière. Inversement, lorsqu'on parcourt l'une des ailes arrière à partir du fuselage, ces ailes sont inclinées vers l'avant. L'avion 2 comprend également une dérive ou empennage vertical 10 s'étendant dans une zone arrière du fuselage. Il comprend deux moteurs 12 constitués en l'espèce 20 par des propulseurs. Dans le présent exemple, les moteurs sont fixés à l'intrados des ailes arrière 8a et 8b respectives. Lorsque l'avion est observé en vue de dessous, comme sur la figure 4, la plus grande partie de chaque moteur s'étend en avant des ailes arrière 8a, 8b. L'avion comprend en l'espèce un train d'atterrissage avant 14 s'étendant sous une 25 partie avant du fuselage et deux trains principaux 16a, 16b s'étendant en l'espèce sous les ailes arrière 8a, 8b respectives. L'avion 2 comprend deux corps 20a, 20b s'étendant chacun à distance du fuselage 4. Le corps 20a est relié aux ailes situées à gauche du fuselage, à savoir l'aile avant 6a et l'aile arrière 8a. Le corps droit 20b est relié aux ailes situées à droite du fuselage, à savoir 30 l'aile avant 6b et l'aile arrière 8b. En l'espèce, chaque corps 20a, 20b est fixé aux extrémités distales des ailes correspondantes. Au niveau de chaque corps, les parties des ailes contiguës au corps s'étendent à distance l'une de l'autre, comme on le voit notamment sur les figures 1 et 5. Dans le présent exemple, les corps 20a, 20b sont symétriques l'un de l'autre par 35 rapport au plan longitudinal vertical médian X-Z de l'avion. En l'espèce, et abstraction faite de l'appendice présenté plus loin, les corps sont également chacun symétriques par 2941915 -4- rapport à leur propre plan longitudinal médian. Dans le présent exemple, chaque corps est à symétrie de révolution autour d'un axe longitudinal parallèle à l'axe X. Chaque corps a dans le présent exemple une forme fuselée. Il présente ainsi des extrémités avant et arrière effilées.

5 Les ailes sont fixées à la face du corps faisant face au fuselage 4. Chaque corps comprend un caisson creux fermé 30 et s'étend en saillie des ailes associées vers l'avant et vers l'arrière suivant la direction X, vers le haut et vers le bas suivant la direction Z et en direction opposée au fuselage suivant la direction Y. Dans le présent exemple, la plus grande dimension de chaque corps, à savoir sa longueur, s'étend suivant la direction X.

10 La géométrie des extrémités de voilure, le raccordement de ces extrémités aux corps et le positionnement relatif de ces extrémités par rapport aux corps sont de préférence dictés par l'amélioration de l'aérodynamique de l'avion. On peut prévoir que chaque corps présente au moins un appendice. On a ainsi illustré sur les figures (sauf sur la figure 5) un empennage 22 situé à l'arrière du corps et 15 incliné en direction opposée au fuselage 4, l'empennage étant plan et orienté de sorte que son plan passe par l'axe longitudinal du corps. Le fait d'agrémenter chaque corps d'un ou plusieurs appendices aérodynamiques permet d'améliorer son comportement aérodynamique ou aéroélastique. Cet empennage peut cependant être omis, comme sur la figure 5.

20 Comme illustré à la figure 5, on peut prévoir que chaque corps fait partie de la structure de l'aéronef. Ainsi, chaque corps comprend une armature rigidement fixée à la structure des ailes et en particulier à leurs longerons 24. L'armature du corps comprend, dans le présent exemple, deux longerons 26 parallèles l'un à l'autre et chacun fixés aux deux longerons 24 des ailes. Des cadres circulaires coaxiaux 28, en l'espèce au nombre 25 de quatre, sont fixées aux longerons 26 et supportent le caisson 30 de chaque corps. Dans la mesure où les corps font partie de la structure de l'avion, ils sont aptes à encaisser et transmettre des efforts pour contribuer à la rigidité de l'avion. On pourra prévoir que chacun des corps comprend un réservoir de carburant 31. On pourra même prévoir que chaque corps est en communication de fluide avec les ailes qu'il 30 relie afin de permettre des échanges de carburant entre le réservoir du corps et des réservoirs 36 des deux ailes. On rend ainsi possible une transmission de carburant entre les deux ailes situées d'un même coté de l'appareil via le corps correspondant. Cette possibilité permet de limiter les excursions du centre du gravité de l'avion dues au carburant en cours de vol. Elle facilite la gestion de la répartition du carburant à bord.

35 Cette gestion se trouve également facilitée même si le corps ne comprend pas de 2941915 -5- réservoir proprement dit, pourvu qu'il permette une transmission de carburant d'une aile à l'autre. On peut prévoir que chaque corps constitue une réserve de volume apte à recevoir tout type de système tel qu'un dispositif de navigation, un dispositif de communication ou 5 un dispositif de détection. Plus généralement, il peut recevoir tout dispositif électrique, électronique ou hydraulique 32 (par exemple une pompe hydraulique). Les corps solidarisent les extrémités des voilures avant et arrière. De ce fait, ils améliorent considérablement le comportement en torsion et en flexion de ces voilures. La géométrie et la conception structurale de ces corps seront de préférence adaptées pour 10 maximiser ces améliorations. La présence des corps améliore aussi l'architecture structurale de l'avion et permet en retour de réduire la masse de sa structure. Dans le présent exemple, avec une configuration où la voilure avant est basse et la voilure arrière haute et les moteurs 12 sont positionnés sous la voilure arrière, on constate que la voilure avant masque partiellement le bruit transmis en amont des moteurs, 15 notamment le bruit généré par leurs pales d'entrée de type FAN. On constate aussi aux fortes incidences un effet redresseur favorable de la voilure avant vis-à-vis de l'entrée d'air dans les moteurs. L'avion sera par exemple un avion de ligne commerciale. Sur les figures 6 et 7, on a superposé, à titre de comparaison, la silhouette générale 20 de l'avion 2 avec celle d'un avion de configuration classique, à savoir muni d'une seule paire d'ailes en flèche. Pour que la comparaison soit pertinente, les deux avions sont réputés avoir des capacités comparables. On voit que l'envergure de l'avion 2 est réduite par rapport à celle de l'avion classique sur la figure 6. La figure 7 montre que les ailes de l'avion 2 s'étendent plus haut que celles de l'avion classique. Sur son empennage, l'avion 25 selon l'invention comprend une dérive (verticale) 10 comme l'avion classique, mais contrairement à ce dernier il peut être dépourvu de gouvernes de profondeur (horizontales) 30. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.

30 On pourra prévoir plus de deux paires d'ailes, tout ou partie de ces paires étant reliées par les corps. On pourra donner à chaque corps une forme asymétrique. On pourra prévoir que, contrairement à l'exemple illustré, la voilure avant est fixée à une partie haute du fuselage et la voilure arrière est fixée à une partie basse du fuselage.

35 Les moteurs peuvent être positionnés sous l'intrados ou sur l'extrados de la voilure avant ou de la voilure arrière.

Claims

REVENDICATIONS1. Aéronef (2) caractérisé en ce qu'il comprend : - un fuselage (4), - une paire d'ailes avant (6a, 6b) ; - une paire d'ailes arrière (8a, 8b) ; et - une paire de corps (20a, 20b), chaque corps reliant, à distance du fuselage, les ailes avant et arrière situées sur un même côté du fuselage.
2. Aéronef selon la revendication précédente dans lequel chaque corps (20a, 20b) a une forme fuselée.
3. Aéronef selon la revendication précédente dans lequel chaque corps (20a, 20b) comprend un caisson (30).
4. Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel, sur chaque corps, les parties des ailes contiguës au corps (20a, 20b) s'étendent à distance l'une de l'autre.
5. Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque corps (20a, 20b) comporte au moins un appendice (22).
6. Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les corps (20a, 20b) font partie de la structure de l'aéronef.
7. Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque corps (20a, 20b) s'étend en saillie des ailes qui lui sont associées, suivant au moins l'une des directions suivantes : - vers l'avant ; - vers l'arrière ; - vers le haut ; - vers le bas ; et - en direction opposée au fuselage, et de préférence suivant toutes ces directions.
8. Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les corps (20a, 20b) comprennent un réservoir de carburant (31), chaque corps (20a, 20b) étant de préférence en communication avec un réservoir de carburant (36) d'au moins une des ailes reliées au corps et de préférence des deux ailes.
9. Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque corps (20a, 20b) comprend au moins un organe électrique, électronique ou hydraulique (32), tel que : - un organe de navigation ; 2941915 -8- - un organe de communication ; et - un organe de détection.
10. Aéronef selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'une des paires d'ailes, par exemple la paire avant (6a, 6b), s'étend à partir d'une zone 5 inférieure du fuselage (4) et l'autre paire d'ailes, par exemple la paire arrière (8a, 8b), s'étend à partir d'une zone supérieure du fuselage.