FR2975666A1 - Aeronef a partie arriere orientable - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un aéronef dont le fuselage (2) s'étend le long d'un axe longitudinal. Le fuselage comprend une partie centrale (3) sensiblement cylindrique et une partie arrière (4) qui peut être de forme aplatie ou conventionnelle. Cette partie arrière (4) qui comporte l'extrémité arrière du fuselage comprend une surface de support (6) qui porte au moins un empennage horizontal (8) et/ou vertical (10). Cette dernière est apte à pivoter par rapport à la partie centrale (3) autour d'un axe tel que l'axe de tangage.

Description

L'invention est relative à un aéronef, plus particulièrement à la partie arrière d'un tel aéronef. De façon générale, un aéronef, notamment un avion commercial, comporte un fuselage cylindrique plus ou moins allongé auquel sont fixés dans une partie arrière un ou plusieurs empennages. Ces empennages comportent diverses surfaces aérodynamiques pour assurer la stabilité de l'avion et lui conférer une plus grande manoeuvrabilité au moyen de gouvernes associées aux empennages. Pour limiter la traînée à l'extrémité arrière de l'avion, la partie arrière du fuselage est effilée, sa section diminuant en hauteur et en largeur depuis la section de la partie centrale du fuselage de façon à former une pointe. Sur cette extrémité est fixé un ensemble d'empennages, comportant de façon classique un empennage vertical et un empennage horizontal constitué de deux surfaces aérodynamiques symétriques par rapport au fuselage. Ce type d'ensemble d'empennages présente cependant des inconvénients, notamment celui d'offrir une surface mouillée importante. En outre, l'installation de surfaces aérodynamiques sur une extrémité de surface et de volume réduits est non seulement complexe du fait de la nécessité d'installation des systèmes tels que les commandes de gouvernes, mais également pénalisante vis-à-vis des efforts devant être repris par le fuselage.

Afin de remédier à au moins un des inconvénients précités, l'invention a pour objet un aéronef comportant un fuselage s'étendant le long d'un axe longitudinal, ledit fuselage comportant une partie centrale et une partie arrière comprenant au moins une surface de support portant au moins un empennage, ladite surface de support étant apte à pivoter par rapport à la partie centrale autour d'au moins un axe de l'aéronef, ledit au moins un axe comprenant l'axe de tangage.

Le fait de pouvoir orienter l'empennage permet d'assurer la fonction de compensation (fonction « TRIM » en terminologie anglo-saxonne). Ainsi il est possible d'envisager des configurations d'empennages qui conduisent à une réduction de la surface mouillée.

Selon une caractéristique possible de l'invention, la partie arrière comprend une portion fixe et une portion mobile comprenant la surface de support. Selon une caractéristique, la surface de support est solidaire d'une section de base de pivotement dont la normale, dans une position de croisière, est confondue avec l'axe longitudinal du fuselage, et dans une position différente, forme avec cet axe un angle positif ou négatif. Le fait de pouvoir positionner la surface de support dans une position haute (angle positif) ou basse (angle négatif) par rapport au reste du fuselage permet d'obtenir une meilleure efficacité et une meilleure adaptabilité aux conditions de vol. Pour assurer une meilleure manoeuvrabilité à l'aéronef, au moins un des empennages est équipé d'au moins une gouverne. Selon une caractéristique possible, la surface de support est équipée d'au moins une gouverne.

Plus particulièrement, ladite au moins une gouverne est de type déporteur (« spoiler » en terminologie anglo-saxonne). D'autres types de gouvernes peuvent également être envisagées. Selon une caractéristique possible, la surface de support porte à la fois un empennage horizontal et un empennage vertical.

Selon une caractéristique possible, l'empennage vertical comprend deux surfaces aérodynamiques situées aux extrémités respectives opposées de l'empennage horizontal de manière à ce que l'ensemble formé par la surface de support et les empennages soit en forme de U. Un tel agencement permet notamment de se rapprocher d'une structure d'empennage en V connue pour ses avantages en termes de réduction de la surface mouillée. D'autres configurations d'empennages, tels qu'un empennage en H ou en T peuvent également être envisagées.

Dans une forme de réalisation particulière, l'empennage horizontal comprend deux surfaces aérodynamiques formant un angle non nul par rapport à la position horizontale. Cette configuration permet de se rapprocher encore davantage d'une configuration en V. Dans un mode de réalisation alternatif, l'aéronef comporte un empennage vertical fixé à la partie centrale du fuselage. Selon une caractéristique, l'empennage horizontal a une flèche positive.

Alternativement, l'empennage horizontal a une flèche négative. Une flèche inverse permet notamment de diminuer le bras de levier de l'empennage horizontal par rapport à l'axe de pivotement (lorsque ce dernier est l'axe de tangage). Cette diminution des efforts sur le fuselage permet, par voie de conséquence, de réduire la masse de la partie arrière et des systèmes de pivotement. Selon une caractéristique possible, la surface de support pivote à l'aide d'au moins un système articulé autour d'un axe de pivotement, le mouvement de pivotement étant induit par des moyens d'actionnement. Selon une caractéristique possible, les moyens d'actionnement sont un ou plusieurs actionneurs linéaires et, par exemple, des vérins. Un tel système est avantageux de par sa simplicité et sa facilité de mise en oeuvre. L'actionneur peut être actionné par exemple électriquement. Afin de sécuriser le mécanisme, la surface de support pivote à l'aide d'au moins deux systèmes articulés autour d'un axe de pivotement actionnés par au moins un actionneur. Selon un mode de réalisation particulier, la partie centrale du fuselage est sensiblement cylindrique et la section de la partie arrière, à partir d'une section de raccordement avec la partie centrale, est décroissante en hauteur de sorte que la surface de support possède une épaisseur qui diminue progressivement jusqu'à son bord de fuite, conférant ainsi à la surface de support une forme aplanie sensiblement horizontale.

La forme aplanie de la surface de support ou surface portante permet d'assurer une meilleure continuité des formes aérodynamiques et de l'efficacité de la fonction de compensation (TRIM) avec l'empennage horizontal. Ceci permet de simplifier la conception structurale de la partie arrière du fuselage et de réduire les pénalités aérodynamiques par rapport à une solution conventionnelle. Ceci entraîne notamment une diminution de la masse totale de la partie arrière et une réduction des coûts de production. Une forme aplanie d'extrémité de fuselage est notamment connue de FR2937302. D'autres caractéristiques et avantages apparaitront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un aéronef selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective de l'extrémité arrière de l'aéronef de la figure 1 ; - la figure 3 est un agrandissement d'un détail de la figure 2, le fuselage étant dissimulé ; - la figure 4a est une vue schématique de côté de l'aéronef de la figure 1 dans laquelle la partie arrière est en position de croisière ; - la figure 4b est une vue schématique de côté de l'aéronef de la figure 1 dans laquelle la partie arrière est en position élevée ; - la figure 4c est une vue schématique du côté de l'aéronef de la figure 1 dans laquelle la partie arrière est en position abaissée ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective partielle montrant la partie arrière d'un aéronef selon l'invention équipé d'un empennage horizontal à flèche inverse ; - les figures 6 à 11 sont des vues schématiques en perspective partielles montrant la partie arrière d'un aéronef selon différents modes de réalisation de l'invention.30 L'aéronef, plus particulièrement l'avion 1 illustré sur la figure 1, comporte un fuselage 2 divisé en une partie centrale 3 et une partie arrière 4 comprenant l'extrémité du fuselage. La partie arrière 4 comporte une portion fixe et une portion mobile. La portion mobile comprend notamment une surface de support 6 solidaire d'une section de base de pivotement délimitant la portion fixe de la portion mobile et qui sera décrite plus loin. La portion mobile de cette partie arrière 4 comporte notamment une surface de support 6 ou surface portante sur laquelle est fixé au moins un empennage horizontal 8. La surface de support 6 est équipée de deux gouvernes de profondeur 7, une sur l'intrados et une sur l'extrados, de préférence de type déporteur (« spoiler » en terminologie anglo-saxonne). Le braquage simultané des deux gouvernes intrados et extrados permet d'obtenir un effet aérofrein. Il est également possible de ne prévoir qu'une seule gouverne de profondeur au bord de fuite de la partie 6(La partie arrière 4 est ici de forme aplatie pour assurer une meilleure continuité des formes aérodynamiques avec l'empennage horizontal 8. Elle décroit en hauteur de sorte que la surface de support 6 possède une épaisseur qui diminue progressivement jusqu'à son bord de fuite, conférant ainsi à la surface de support 6 une forme aplanie sensiblement horizontale. Toutefois, une partie arrière classique, c'est-à-dire en tronc de cône, est également envisageable. Dans le mode de réalisation présenté à la figure 1 et plus en détail à la figure 2, l'empennage horizontal 8 est composé de deux surfaces aérodynamiques 8a et 8b symétriques par rapport au fuselage 2, avec ou sans dièdre, autrement dit pouvant former un angle non nul par rapport à l'axe de tangage (cet axe correspond à l'horizontale lorsque l'aéronef est au sol) La surface portante 6 porte également un empennage vertical 10. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, cet empennage vertical 10 est porté par la surface portante 6 par l'intermédiaire de l'empennage horizontal 8. En effet, l'empennage vertical 10 est composé de deux surfaces aérodynamiques verticales 10a et 10b qui sont chacune reliées respectivement aux surfaces aérodynamiques horizontales 8a et 8b (aux extrémités opposés de celles-ci) par des ensembles longerons-nervures 9a-b et 11 a-b. D'autres configurations telles qu'un ensemble d'empennage en T ou en H peuvent toutefois être envisagées.

Les surfaces aérodynamiques horizontales 8a et 8b, ainsi que les surfaces aérodynamiques verticales 10a et 10b sont équipées de gouvernes, respectivement 12a, 12b et 14a, 14b. Dans d'autres modes de réalisation, les surfaces aérodynamiques peuvent comporter plus d'une gouverne, ou ne pas en être équipées.

La figure 2 illustre plus en détail la partie arrière 4, et notamment la cloison étanche 16 (« bulkhead » en terminologie anglo-saxonne), qui sépare la partie centrale 3 du fuselage de sa partie arrière 4. La cloison étanche 16 épouse la forme de la section du fuselage et est légèrement courbe selon l'axe X-X'. C'est à partir de cette cloison que le fuselage 2 prend une forme progressivement aplanie. D'autres formes de cloisons peuvent également être envisagées. Dans le mode de réalisation présenté ici, la surface portante 6 est apte à pivoter par rapport à la partie centrale 3 autour d'un axe Y-Y' (axe de tangage) perpendiculaire à l'axe longitudinal X-X' et contenu dans le plan de la surface portante 6. Des moyens de pivotement 22 sont prévus pour la faire pivoter.

Ces moyens sont compris entre deux nervures fortes 18 et 20 placées derrière la cloison étanche 16. Les nervures épousent la forme de la section du fuselage 2 et sont sensiblement planes. Elles sont suffisamment espacées pour accueillir entre leurs surfaces respectives les moyens de pivotement 22 illustrés plus en détail sur la figure 3.

La nervure forte 18 de la partie arrière est fixe. La nervure forte 20 sur laquelle est montée la surface portante 6 est, elle, mobile. La nervure 20 constitue donc une section de base de pivotement de la surface portante 6. L'association de ces deux éléments et de ceux qu'ils supportent constituent la portion mobile de la partie arrière 4.

Les moyens 22 comprennent deux mécanismes articulés comportant chacun une articulation de type pivot afin que toute la partie arrière bascule. Toutefois le basculement peut être réalisé d'une autre manière, à l'aide d'un bras articulé, de glissières ou d'autres mécanismes. Plus particulièrement, selon le mode de réalisation présenté à la figure 2, chaque mécanisme comprend deux parties articulées l'une par rapport à l'autre atour d'un axe de pivotement commun 28a, 28b (figure 3) perpendiculaire à l'axe X-X'.

Chaque partie est pourvue, à son extrémité libre qui est en regard de l'extrémité libre de l'autre partie, d'éléments d'emboîtement qui s'emboîtent les uns dans les autres et sont montés en rotation autour de l'axe commun 28a ou 28b selon le mécanisme concerné. En référence à la figure 3, les moyens de pivotement comprennent deux paires de ferrures 24a, 26a et 24b, 26b liées respectivement à l'intérieur d'une même paire par les axes respectifs 28a et 28b. On entend ici par paire de ferrures des éléments de renforcement qui relient entre elles deux pièces mobiles l'une par rapport à l'autre suivant un mouvement d'articulation. Ces deux éléments forment une charnière. Malgré leur dénomination, ces ferrures peuvent être réalisées dans un autre matériau que du métal, en particulier dans un matériau composite. Dans un souci de sécurisation du mécanisme (le rendre « fait-safe » en terminologie anglo-saxonne), ces ferrures sont ici doublées unitairement. Dans un autre mode de réalisation non représenté il peut n'y avoir qu'une seule paire de ferrures 24a, 26a qui, par exemple, est plutôt agencée dans la zone médiane des nervures fortes 18 et 20 de façon à assurer la sécurisation du mécanisme. Les ferrures 24a, 24b sont fixées, de façon connue par une de leurs extrémités à la surface interne de la nervure amont 18 qui est en regard de la surface interne de la nervure aval 20. Dans le mode de réalisation présenté sur la figure 3, la base des ferrures est rectangulaire et leur forme est allongée en triangle (en vue de côté) vers la nervure 20. D'autre formes, telles que des formes semi-circulaires ou rectangulaires en vue de côté peuvent également être envisagées. Ces ferrures sont des pièces mécaniques faisant office de support à la nervure 20. Les ferrures 24a, 24b comportent chacune dans leur masse, à leur extrémité libre respective, une fente ou mâchoire 25a, 25b qui est située au voisinage de la nervure 20 et dans laquelle s'insère respectivement la ferrure correspondante en vis-à-vis 26a, 26b. Les ferrures fixes 26a, 26b sont fixées à la face interne de la nervure 20 mobile qui est en regard de la nervure 18. Sur la figure 3, leur base est rectangulaire et leur forme allongée en triangle (en vue de côté) selon l'axe X-X' s'étend de façon à former une fourche à trois branches en direction des ferrures 24a, 24b et de la nervure 18. Les trois branches sont espacées l'une de l'autre suivant la direction donnée par l'axe Y-Y'. Elles sont au nombre de trois afin de sécuriser le mécanisme.

La branche du milieu s'insère dans la mâchoire 25a, 25b, en regard de la ferrure 24a, 24b, les deux autres branches s'étendant de part et d'autre de la ferrure 24a, 24b de chaque mâchoire, encadrant ainsi celles-ci. Chacune des branches est percée dans son épaisseur d'un trou traversant permettant le passage d'un axe 28a, 28b servant à la rotation des ferrures 26a, 26b par rapport aux ferrures 24a, 24b qui restent fixes. L'axe Y-Y' passe donc par les axes 28a, 28b. La mâchoire 25a, 25b de chaque ferrure 24a, 24b peut également être percée d'un trou traversant (dans chaque portion de mâchoire) qui, dans l'agencement de la figure 3, est aligné avec les trous des branches.

Le pivotement de la partie arrière 4 s'effectue à l'aide d'un ou de plusieurs actionneurs par exemple linéaires ou rotatifs,. Les actionneurs 30a-30b sont fixés à leurs extrémités opposées, respectivement aux surfaces internes des nervures 18 et 20. A l'instar des ferrures, ces derniers sont au nombre de un ou plus de manière à sécuriser le mécanisme. Même avec une seule paire de ferrures, deux actionneurs peuvent être utilisés pour équilibrer la transmission d'effort et stabiliser le mouvement de pivotement. Les figures 4a, 4b et 4c illustrent les différentes positions que peut prendre la portion mobile de la partie arrière 4, notamment la surface portante 6, par rapport au reste du fuselage 3.

La figure 4a illustre une position dite de croisière dans laquelle l'axe longitudinal de la partie arrière 4 et la normale N de la nervure 20 (section de base de pivotement) sont confondus.

La figure 4b illustre une position dite « haute » de la partie arrière 4. Dans cette position, l'angle entre la normale N et l'axe X-X' est positif. Cette position haute est obtenue par pivotement à partir de la position de croisière(figure 4a) grâce aux actionneurs 30a, 30b, en position d'extension (actionneurs déployés). Inversement, la figure 4c illustre une position dite « basse » de la surface portante 6 où l'angle entre la normale N et l'axe X-X' est négatif. L'aéronef est notamment muni d'un système (non représenté) permettant de commander, à travers l'utilisation du ou des actionneurs (par exemple des vérins) 30a, 30b, le pivotement de la surface portante 6 selon les conditions de vol de l'aéronef. Dans un mode de réalisation alternatif présenté à la figure 5, la flèche de l'empennage horizontal 8' est négative, les surfaces aérodynamiques 8a' et 8b' de l'empennage horizontal (surfaces aérodynamiques horizontales) formant donc un angle aigu avec l'axe du fuselage X-X'. Les surfaces aérodynamiques verticales 10a' et 10b' de l'empennage vertical 10' restent, quant à elles, fixées aux extrémités des surfaces aérodynamiques 8a' et 8b'. De même, la surface de support 6' reste inchangée par rapport au mode de réalisation des figures 1 à 4. Ce mode de réalisation présente l'avantage de diminuer le bras de levier de l'empennage horizontal 8' par rapport à l'axe de rotation Y-Y' et donc de diminuer les efforts subis. Ainsi, il est possible de diminuer la masse de l'empennage horizontal 8'. Les éléments des figures 6 à 11 communs avec ceux de la figure 5 conservent les mêmes références et ne seront pas redécrits.

Dans un troisième mode de réalisation présenté à la figure 6, la flèche de l'empennage horizontal 81 est positive, les surfaces aérodynamiques 81a et 81b formant un angle obtus avec l'axe X-X'. Les surfaces aérodynamiques verticales 101a et 101b de l'empennage horizontal 101 restent fixées aux extrémités des surfaces aérodynamiques 81 a et 81 b.

Dans un quatrième mode de réalisation non représenté, la forme du fuselage 2 est identique à celle d'un aéronef de l'art antérieur : la partie arrière 4 a la forme d'un tronc de cône mais conserve la possibilité de pivoter autour d'un axe tel que l'axe Y-Y'. Dans un cinquième mode de réalisation non représenté, l'empennage vertical 10 ne se situe plus sur l'empennage horizontal 8 mais sur la partie centrale 3 du fuselage. Le reste des éléments de la partie arrière de l'aéronef conserve la configuration présentée aux figures 1 à 4. Dans un sixième mode de réalisation non représenté, l'empennage vertical 10 se situe sur la partie centrale 3 du fuselage, la partie arrière 4 a la forme d'un tronc de cône et est apte à pivoter autour d'un axe tel que l'axe Y-Y'.

Dans les modes de réalisation suivants, à l'exception de celui présenté à la figure 11, l'empennage horizontal présente une configuration identique à celle de la figure 6. Dans un septième mode de réalisation représenté à la figure 7, l'empennage vertical 102 composé d'une seule surface aérodynamique se situe sur le fuselage 3 à proximité de la surface portante 6' composé de deux surfaces aérodynamiques horizontales 82a et 82b et non plus sur l'empennage horizontal 82. Dans un huitième mode de réalisation représenté à la figure 8, l'empennage vertical 103, composé d'une seule surface aérodynamique, est situé sur la surface portante 6'. L'empennage horizontal 83 est quant à lui composé de deux surfaces aérodynamiques horizontales 83a et 83b. Dans un neuvième mode de réalisation représenté à la figure 9, l'empennage vertical 104, composé de deux surfaces verticales 104a et 104b se situe sur la partie centrale 3 du fuselage à proximité de la surface de support 6'.

L'empennage horizontal 84 est quant à lui composé de deux surfaces aérodynamiques horizontales 84a et 84b. Dans un dixième mode de réalisation représenté à la figure 10, l'empennage vertical 105, composé de deux surfaces verticales 105a et 105b, se situe sur la surface de support 6' au niveau du raccordement de l'empennage horizontal 85 composé de deux surfaces aérodynamiques horizontales 85a et 85b, à la surface de support 6'.

Dans un onzième mode de réalisation représenté à la figure 11, l'empennage vertical 106 est composé de deux surfaces aérodynamiques verticales 106a et 106b se situant de part et d'autre de la surface de support 6. Il n'y a pas d'empennage horizontal.5

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Aéronef comportant un fuselage (2) s'étendant le long d'un axe longitudinal, ledit fuselage (2) comportant une partie centrale (3) et une partie arrière (4), caractérisé en ce que la partie arrière (4) comprend en outre au moins une surface de support (6) portant au moins un empennage (8,10), ladite surface de support (6) étant apte à pivoter par rapport à une portion fixe du fuselage (2) autour d'au moins un axe de l'aéronef, ledit au moins un axe comprenant l'axe de tangage.
2. 2. Aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie arrière (4) comprend une portion fixe et une portion mobile comprenant la surface de support (6).
3. 3. Aéronef selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface de support (6) est solidaire d'une section de base de pivotement (20) dont la normale, dans une position de croisière, est confondue avec l'axe longitudinal du fuselage, et dans une position différente, forme avec cet axe un angle positif ou négatif.
4. 4. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un empennage (8,10) est équipé d'au moins une gouverne (12a-b, 14a-b).
5. 5. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface de support (6) est équipée d'au moins une gouverne (7).
6. 6. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface de support (6) porte à la fois un empennage horizontal (8) et un empennage vertical (10).
7. 7. Aéronef selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'empennage vertical (10) comprend deux surfaces aérodynamiques (10a-b) situées aux extrémités respectives opposées de l'empennage horizontal (8) de manière à ce que l'ensemble formé par la surface de support (6) et les empennages (8, 10) soit en forme de U.
8. 8. Aéronef selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'empennage horizontal (8) comprend deux surfaces aérodynamiques (8a, 8b) formant un angle non nul par rapport à la position horizontale.
9. 9. Aéronef selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'empennage horizontal (8) a une flèche positive.
10. 10. Aéronef selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'empennage horizontal (8) a une flèche négative.
11. 11. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte un empennage vertical (10) fixé à la partie centrale (3) du fuselage.
12. 12. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la surface de support (6) pivote à l'aide d'au moins un système articulé (22) autour d'un axe de pivotement, le mouvement étant induit par des moyens d'actionnement (30a, 30b).
13. 13. Aéronef selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (30a, 30b) sont un ou plusieurs actionneurs linéaires ou rotatifs.
14. 14. Aéronef selon la revendication 13, caractérisé en ce que la surface de support (6) pivote à l'aide d'au moins deux systèmes articulés (22) autour d'un axe de pivotement actionnés par au moins un actionneur (30a, 30b).
15. 15. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la partie centrale (3) du fuselage est sensiblement cylindrique et la section de la partie arrière, à partir d'une section de raccordement (16) avec la partie centrale, est décroissante en hauteur de sorte que la surface de support (6) possède une épaisseur qui diminue progressivement jusqu'à son bord de fuite, conférant ainsi à la surface de support une forme aplanie sensiblement horizontale.30