FR2991287A1 - Avion a voilure haubanee sans caisson central - Google Patents

Abstract

Un avion à aile haute, avec un fuselage de section sensiblement circulaire, dont l'aile comporte deux demi-voilures fixées dans une partie supérieure du fuselage, comporte entre chaque demi-voilure et le fuselage un mat hauban (50) formant une liaison structurale de traction-compression. Chaque demi-voilure (31) est solidarisée à son emplanture (321) à une ferrure supérieure (22) du fuselage (20). Chaque ferrure supérieure (22) est fixée à l'extérieure du fuselage dans une position abaissée par rapport au sommet du fuselage (20). Chaque mat hauban (50) réalise une liaison structurale entre des longerons (311, 312, 313) de la demi-voilure, au niveau d'une zone d'attache voilure (330) située entre l'emplanture (321) et l'extrémité de la demi-voilure, et des cadres forts (211, 212, 213) du fuselage, au niveau du plancher, les ferrures supérieures (22) étant solidaires des cadres forts (211, 212, 213).

Description

Avion à voilure haute haubanée sans caisson central La présente invention appartient au domaine des avions de transport tels que les avions civils ou militaires de transport. Plus particulièrement l'invention concerne un avion comportant une aile fixée au fuselage.

Dans le domaine des avions, et en particulier des avions d'architecture conventionnelle comportant un fuselage et une aile fixée au fuselage, il est connu de fixer l'aile partie haute du fuselage. Cette architecture d'avion à aile haute est par exemple utilisée sur des 10 avions civils de transport de passagers volant en croisière à des vitesses relativement faible, de l'ordre de 0,5 en nombre de Mach, tels que l'avion ATR42/72 ou l'avion Fokker F27. Elle est également utilisée sur de nombreux avions de transport militaires, stratégiques ou tactique, qui ont besoin d'avoir un plancher de soute 15 proche du sol lors des opérations de chargement ou de déchargement , comme par exemple l'avion Transal C160 (Aerospatiale/MBB) ou l'avion Starlifter C141 (Lockeed). Dans ces exemples d'avion, dont un exemple est illustré sur les figures 1 et 2 pour la demi-vue correspondant au côté droit de l'avion représenté, l'aile 100 20 comporte un caisson structural, qui forme la partie résistante principale de l'aile, qui s'étend en envergure sur toute l'aile, y compris au niveau de l'intersection entre l'aile et le fuselage 102 de sorte que chaque demi-voilure en porte à faux de chaque côté du fuselage est fixée par encastrement de son caisson structural, soit sur l'autre demi-voilure soit sur un caisson central 101 correspondant 25 sensiblement en envergure de l'aile à la largeur du fuselage. Dans ce mode d'assemblage structural l'aile 100 ainsi formée est fixée au-dessus du fuselage 102 de sorte que la partie structurale centrale de l'aile ne diminue pas la hauteur de la soute.

Du fait de cette configuration dans laquelle l'aile 100 est fixée « posée » au-dessus du fuselage 103 ou, de manière équivalente, le fuselage est fixé suspendu sous l'aile, il est nécessaire de mettre en oeuvre des carénages 103 entre l'aile et le fuselage pour assurer une intégration aérodynamique acceptable.

Du fait de l'épaisseur importante de l'aile dans sa partie centrale dans cette partie de l'aile où les moments de flexion dans le caisson de l'aile sont maximaux et d'une hauteur de soute généralement recherchée maximale dans le fuselage qui conduit à éviter que le caisson central de l'aile n'occupe une hauteur significative à l'intérieur du fuselage, les carénages 103 de jonction voilure- fuselage sont généralement très volumineux. Dans certaine architectures d'avion, pour éviter la pénalité aérodynamique liée aux imposants carénages de la liaison voilure-fuselage, il est connu d'aménager dans la partie supérieure du fuselage une dépression dans laquelle le caisson central de l'aile est encastré de sorte à minimiser ou supprimer le dépassement de l'aile au-dessus du fuselage. Cette solution a cependant l'inconvénient de diminuer la hauteur disponible à l'intérieur du fuselage, au moins sous le caisson central, et est donc réservée à des avions ayant une section de fuselage de grandes dimensions pour lesquels la hauteur de soute n'est pas pénalisée par ce type d'assemblage voilure-fuselage, par exemple comme dans le cas du Galaxie C5 (Lockheed) ou celui du Globemaster C17 (McDonnell Douglas). Lorsque les charges sur l'aile sont relativement modestes, il est également connu avec des fuselages de sections de formes anguleuses d'utiliser des haubans qui reprennent tout ou partie des efforts de flexion de l'aile.

Dans ce cas chaque demi-voilure est fixée à un angle supérieur du fuselage et un hauban relie chaque demi-voilure à un angle inférieur du fuselage, comme par exemple dans le cas des avions Cessna 172. Cependant ces solutions qui mettent en oeuvre un ou plusieurs haubans ne concerne que des avions de masses faibles, quelques centaines de kilogrammes à quelques tonnes, et ne sont adaptés qu'à des vitesses correspondant à des nombres de Mach faibles, typiquement inférieur à 0,3, en raison des pénalités aérodynamiques de ces solutions.

Pour réduire les pénalités des solutions connues liées à la jonction de l'aile avec le fuselage d'un avion, l'avion de l'invention, comporte un fuselage, comporte une aile avec deux demi-voilures fixées chacune dans une zone de jonction du fuselage, et comporte entre chaque demi-voilure et le fuselage un mat hauban (50) formant une liaison structurale de traction-compression. Dans l'avion de l'invention, en outre : - chaque demi-voilure est solidarisée du côté de son emplanture à au moins une ferrure voilure-fuselage du fuselage, ferrure extérieure à une surface enveloppe externe du fuselage ; - chaque mat hauban d'une demi-voilure réalise une liaison structurale entre : - des longerons de la demi-voilure considérée, au niveau d'une zone d'attache voilure située entre l'emplanture de la demi-voilure et une extrémité de la demi-voilure considérée ; et - au moins un cadre fort de la zone de jonction du fuselage ; les ferrures voilure-fuselage étant solidaires du ou des cadres forts. Ainsi il est obtenu un assemblage de la voilure au fuselage dans lequel l'aile est fixée au fuselage dans une position latérale plus ou moins haute par 20 rapport au fuselage et dans lequel les efforts de flexion voilure ne sont plus repris par un encastrement de l'aile à son emplanture permettant de réduire l'épaisseur du caisson structural des demi-voilures à leurs emplantures et évitant la pénalité en masse d'un caisson structural de liaison entre les demi-voilures et en évitant une interférence d'un tel caisson avec les volumes à l'intérieur du fuselage. 25 Pour assurer une liaison structurale et une transmission des efforts, en particulier de traction et de compression à l'emplanture de la demi-voilure, chaque demi-voilure est solidarisée à la ferrure voilure-fuselage située d'un même côté du fuselage que la demi-voilure considérée par un longeron avant du 30 côté du bord d'attaque de la demi-voilure et un longeron arrière du côté du bord de fuite de la demi-voilure. Dans une forme de réalisation chaque demi-voilure est en outre solidarisée à la ferrure voilure-fuselage par au moins un longeron intermédiaire situé entre les longerons avant et arrière, longeron intermédiaire qui s'étend en envergure depuis l'emplanture de la demi-voilure jusqu'à une nervure intermédiaire de la demi-voilure. Le longeron intermédiaire permet ainsi de réaliser une liaison de la demi-voilure au fuselage par une répartition améliorée des efforts dans la ferrure voilure-fuselage et dans le fuselage et par une multiplication des cheminements possibles des efforts favorable à une conception sécurisée tolérante aux défaillances, par exemple d'une chape de liaison ou d'un élément de fixation.

Dans une forme de réalisation, la nervure intermédiaire déterminant l'extension en envergure d'un longeron intermédiaire correspond sensiblement à la position d'un moteur fixé à la demi-voilure ce qui permet une transmission améliorer des efforts liés à l'installation motrice à la jonction de l'aile et du fuselage.

Dans une forme de réalisation le fuselage comporte dans la zone de jonction au moins un cadre fort en correspondance avec chaque longeron des demi-voilures de sorte à transmettre de manière optimale les flux de contraintes dans la zone de jonction entre les ferrures voilure-fuselage entre elles, entre les mats hauban entre eux, entre les ferrures voilure-fuselage et les mats hauban.

Par exemple les ferrures voilure-fuselage sont fixées au fuselage pour être solidaires d'au moins un cadre fort et dans un mode de réalisation, les cadres forts sont agencés sur le fuselage pour être en vis à vis d'éléments de fixation des longerons sur lesdites ferrures. Pour réaliser plusieurs cheminement des efforts dans le mat hauban et dans le fuselage, le mat hauban comporte par exemple au moins deux éléments structuraux internes distincts de transmission des efforts pour chaque longeron, chacun de ces éléments structuraux du mat hauban reliant la demi-voilure correspondante au fuselage. Pour limiter les pénalités aérodynamique du mat hauban, 30 avantageusement le mat hauban comporte un carénage donnant au mat hauban une section ayant une forme d'un profil aérodynamique et enveloppant les éléments structuraux du mat hauban.

Pour bénéficier d'une zone de la demi-voilure dont la structure est renforcée et dispose de carénages aérodynamiques, la zone d'attache est par exemple une zone de fixation de volets hypersustentateurs de la demi-voilure. Afin d'assurer une multiplication possible des cheminements des efforts, 5 l'extrémité intérieure du mat hauban est par exemple fixée au fuselage sur une ferrure mat-fuselage solidaire des cadres forts et ou l'extrémité extérieure du mat hauban est fixée à la demi-voilure sur une ferrure voilure solidaire des longerons. L'invention est avantageusement appliquée à des configurations d'avion dans lesquelles la hauteur de l'emplanture de l'aile par rapport au fuselage est 10 différente. Ainsi l'invention concerne un avion dans lequel chaque demi-voilure est fixée au fuselage dans une position haute dudit fuselage et dans lequel chaque mat hauban forme une liaison structurale entre ladite demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage sous les ferrures voilure-fuselage. Dans ce cas il 15 est réalisé avantageusement un avion à aile haute dont la structure de l'aile au niveau du fuselage ne dépasse pas ou que peu au-dessus du fuselage ce qui est favorable sur le plan aérodynamique et sans diminuer la hauteur disponible dans le fuselage. Dans ce cas chaque mat hauban est par exemple fixé au fuselage 20 sensiblement au niveau du plancher d'une cabine ou d'une soute du fuselage, ou en dessous du plancher pour bénéficier de la structure du plancher pour assurer le passage des efforts entre les deux mats hauban. Ainsi l'invention est avantageusement appliqué à un avion dans lequel chaque demi-voilure est fixée au fuselage dans une position basse du fuselage et 25 dans lequel chaque mat hauban forme une liaison structurale entre la demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage au-dessus des ferrures voilure-fuselage. Dans ce cas l'absence de caisson structural central de l'aile permet de bénéficier de la place disponible dans le fuselage. L'invention est également avantageusement appliqué à un avion dans 30 lequel chaque demi-voilure est fixée au fuselage dans une position médiane sur le fuselage et est reliée au fuselage par un mat hauban formant une liaison structurale entre la demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage en dessous des ferrures voilure-fuselage comme dans le cas de la configuration à aile haute, ou par un mat hauban formant une liaison structurale entre la demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage au-dessus des ferrures voilure-fuselage comme dans la configuration à aile basse.

Dans ce cas d'aile médiane, il est également possible pour chaque demi- voilure d'être reliée au fuselage d'une part par un mat hauban formant une liaison structurale entre un intrados de la demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage en dessous des ferrures voilure-fuselage et un mat hauban formant une liaison structurale entre un extrados demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage au-dessus des ferrures voilure-fuselage. Ainsi les charges sur la demi-voilure peuvent être reprises par chacun des mats hauban de manière optimale, par exemple avec des mats travaillant principalement en traction.

L'avion suivant l'invention est décrit en référence aux figures qui représentent schématiquement : figure 1 : déjà citée, une vue en perspective d'un assemblage fictif d'un avion dont une moitié droite correspond à une architecture connue d'avion à aile haute et une moitié gauche correspond à l'architecture d'un avion suivant l'invention dont le fuselage présente les mêmes lignes générales ; figure 2 : déjà citée, une vue de face de l'avion fictif de la figure 1 ; figure 3 : une vue en perspective en écorché partiel et transparence d'un fuselage d'avion suivant l'invention équipée d'une demi-voilure gauche; figure 4 : un agrandissement de la vue de la figure 3 dans la zone de liaison entre la demi-voilure gauche et le fuselage ; figure 5 : une vue de face d'un avion suivant l'invention dans laquelle seule moitié gauche est partiellement représentée ; Figure 6 : une représentation du moment de flexion d'une demi-voilure en fonction de l'envergure ; Figures 7a, 7b et 7c : trois exemples illustrant schématiquement comment une demi-voilures est fixée par rapport au fuselage, les ferrures voilure-fuselage n'étant pas représentées. Un avion 10, tel qu'illustré sur la figure 1 et sur la figure 2 en ne considérant que la moitié gauche de l'avion correspondant à un assemblage fictif dans lequel la moitié droite correspond à un avion connu de l'art antérieur, suivant l'invention comporte un fuselage 20 et une aile 30 fixée au fuselage dans une partie haute du fuselage 20 suivant une architecture d'avion à aile haute et des mats 50 de jonction de l'aile 30 au fuselage.

Pour les besoins de la description il est fait référence à trois directions principales d'un repère avion conventionnel : -une direction X parallèle à un axe longitudinal du fuselage 2 orientée positivement vers l'avant de l'avion ; -une direction Z perpendiculaire à la direction X et parallèle à un plan de symétrie vertical de l'avion, orientée positivement vers le bas ; -une direction Y perpendiculaire à un plan XZ déterminé par les directions X et Z, orientée positivement vers la droite de l'avion. Les termes ou expressions "haut", "bas", "intérieur", "extérieur", "droite", "gauche", "vers le haut", "vers le bas", "vers l'intérieur", "vers l'extérieur"... 20 auront sauf précision contraire le sens que leur donnerait une personne dans l'avion en position de pilotage conventionnel. L'avion 10 représenté est un avion de transport civil, avec un fuselage de section courante circulaire, de moyenne capacité, biréacteur avec des réacteurs 25 40 fixés sous l'aile 30, et comportant un système d'empennage 45 arrière suivant une configuration en T. Cette architecture générale n'est illustrée qu'à titre d'exemple de mise en oeuvre de l'invention qui s'applique à tout avion dont l'aile est fixée à un fuselage de section proche d'une section circulaire telle qu'illustrée, au moins dans une partie du fuselage au niveau de laquelle l'aile est fixée, la 30 partie supérieure du fuselage dans l'exemple illustré, qui peut être un fuselage à plusieurs lobes. En particulier des agencement d'empennage différents peuvent être utilisés et les moteurs peuvent être d'un type différent, par exemple des turbopropulseurs, et agencés différemment sur l'avion. Dans la forme de réalisation illustrée, le fuselage 20 comporte une partie sensiblement cylindrique dans une partie centrale suivant la longueur dudit fuselage, c'est-à-dire suivant la direction X, et la section courante de la partie sensiblement cylindrique est sensiblement circulaire, au moins en arc de cercle ou d'une forme voisine, par exemple elliptique, dans une partie supérieure au-dessus d'un plancher 23 intérieur du fuselage. L'aile 30 de l'avion 10 comporte deux demi-voilures 31, une demi-voilure gauche située sur le côté gauche du fuselage 20 et une demi-voilure droite, non représentée sur les dessins, située sur le côté droit du fuselage 20 et sensiblement symétrique de la demi-voilure gauche par rapport à un plan de symétrie vertical de l'avion parallèle au plan défini par les directions X et Z. Dans la suite de la description il ne sera détaillé qu'une demi-voilure 15 étant compris que l'autre demi-voilure est similaire dans sa structure et dans la manière dont elle est maintenue assemblée au fuselage. Une structure principale de chaque demi-voilure 31 de l'aile 30 est indépendante de celle de l'autre demi-voilure. Par structure principale il convient de comprendre ici une partie de la 20 structure de la demi-voilure 31 qui donne à l'aile ses caractéristiques de résistance mécanique essentielles et qui reprend les efforts : efforts de flexion, efforts de torsion et efforts de cisaillement. Ces efforts, résultats des forces aérodynamiques, des forces de propulsion et des forces d'inertie sur l'avion, sont bien connus de l'homme du métier de la conception des structures d'avion et 25 sont des données essentielles dans la conception de la structure d'une aile. Les figures 3, 4 et 5 illustrent de manière schématique l'agencement de la structure de l'avion 10 dans une zone de liaison de la demi-voilure 31, du fuselage 20 et du mat hauban 50. La structure principale de la demi-voilure 31 comporte un caisson 30 structural de voilure dont des âmes sont formées par des longerons, au moins un longeron avant 311 du côté d'un bord d'attaque de la demi-voilure 31 et au moins un longeron arrière 312 du côté d'un bord de fuite de ladite demi-voilure, qui s'étendent suivant une envergure de la demi-voilure entre une emplanture 321, située du côté du fuselage 20, et une extrémité 322, située à une extrémité libre de la demi-voilure 31. Avantageusement, la structure principale comporte également au moins un longeron intermédiaire 313 entre les longerons avant 311 et arrière 312 et qui s'étend en envergure depuis l'emplanture 321 jusqu'à une position en envergure qui n'est pas nécessairement l'extrémité libre de la demi-voilure, par exemple jusqu'à une nervure intermédiaire 323 de la demi-voilure 31. Dans une forme de réalisation, une position en envergure de la nervure 10 intermédiaire 323 correspond sensiblement à un emplacement où est fixé un moteur sur la demi-voilure. La demi-voilure 31 est fixée au fuselage 20 dans une zone de jonction 21, de telle sorte que le caisson structural de ladite demi-voilure est indépendant d'un caisson structural de l'autre demi-voilure. 15 Dans la zone de jonction 21, le fuselage comporte une ferrure voilure- fuselage 22 à laquelle ferrure voilure-fuselage la demi-voilure 31 est solidarisée. La demi-voilure 31 est solidarisée à la ferrure voilure-fuselage 22, principalement par les longerons 311, 312, 313 de ladite demi-voilure, et, afin de ne pas transmettre d'efforts significatifs de flexion entre le la demi-voilure et le 20 fuselage, la demi-voilure est fixée pour conserver un degré de liberté unique en rotation autour d'un axe d'assemblage 221 sensiblement parallèle à l'axe X. Un tel résultat est obtenu de manière connue au moyens de chapes d'assemblage agencées ici sur la ferrure voilure-fuselage 22 et aux extrémités des longerons situées du côté de l'emplanture 321, chapes dont les axes sont d'une part 25 orientés suivant la direction sensiblement parallèle à l'axe X et d'autre part alignés, confondu avec l'axe d'assemblage 221. Un tel montage permet de transmettre des efforts Fx, Fy et Fz entre le fuselage 20 et la demi-voilure 31 suivant les directions X, Y et Z respectivement, c'est à dire principalement des efforts de traînée de la demi-voilure, des efforts 30 de traction-compression des longerons et des efforts de portance de la demi-voilure. En outre en raison d'un décalage des différentes chapes suivant la direction X, un tel montage permet de reprendre un couple Mz autour de la direction Z tel qu'un couple de traînée aérodynamique de la demi-voilure 31 et un couple de forces de propulsion du réacteur 40 fixé à ladite demi-voilure, et permet de reprendre des efforts de torsion de la demi-voilure, c'est à dire un 5 couple My sensiblement autour de la direction Y à un dièdre près de l'aile 30. Dans une autre forme de réalisation, non illustrée, un résultat similaire est obtenu avec une demi-voilure solidarisée au fuselage par une ligne de fixations, par exemple des fixations à axes sensiblement perpendiculaires à l'axe X, par un assemblage de type "piano". Dans ce cas la jonction n'est pas 10 totalement libre en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe X, mais l'assemblage est dimensionné sur le plan de la résistance structurale sans contrainte de moment de flexion, au contraire une souplesse en flexion de l'assemblage étant recherchée pour rester proche d'un assemblage isostatique comme il sera compris de la suite de la description. 15 La demi-voilure 31 est également solidarisée au fuselage 20 par l'intermédiaire d'un mat hauban 50. Le mat hauban 50 est fixé par une extrémité intérieure 51 dudit mat hauban au fuselage 20 dans la zone de jonction 21 et est fixé par une extrémité extérieure 52 dudit mat hauban à la demi-voilure 31 dans une zone d'attache 20 voilure 330 située en envergure sur ladite demi-voilure entre l'emplanture 321 et l'extrémité 322. De préférence, lorsqu'un réacteur 40 est fixé à la demi-voilure 31 comme dans l'exemple de réalisation illustré, la zone d'attache voilure 330 est située en envergure entre l'emplanture 321 et une position en envergure sur la dite demi-25 voilure où est fixé le réacteur. Le mat hauban 50 est un élément structural de reprise d'efforts de traction et de compression. Le mat hauban 50 est fixé à son extrémité extérieure 52 aux longerons de la demi-voilure 31 par des chapes rotulées, directement solidaires des dits 30 longerons, ou par l'intermédiaire d'une ferrure voilure, au niveau d'une nervure forte 331. Le mat hauban 50 est fixé à son extrémité intérieure 51 à des cadres forts 211, 212, 213 de la zone de jonction 21 du fuselage, également par des chapes rotulées, directement ou par l'intermédiaire d'une ferrure mat-fuselage, non illustrée. Le mat hauban 50 comporte une structure de transmission des efforts 5 entre la nervure forte 331 et la zone de jonction 21 du fuselage. Dans une forme de réalisation, la structure du mat hauban 50des éléments structuraux de cheminements d'effort distincts, par exemple des poutres distinctes dans un carénage assurant au mat hauban une forme profilée, reliant chacun la nervure forte au fuselage, par exemple au niveau de cadres 10 forts 211, 212, 213 différents pour chaque élément structural. Par exemple le mat hauban comporte au moins un élément structural interne avant reliant le longeron avant 311 à un cadre fort avant 211, au moins un élément structural interne arrière reliant le longeron arrière 312 à un cadre fort arrière 212, et le cas échéant au moins un élément structural interne 15 intermédiaire reliant le longeron intermédiaire 313 à un cadre fort intermédiaire 213. Les cadres forts 211, 212, 213 ont une forme correspondant à la section de la partie cylindrique du fuselage 20, donc sensiblement circulaire sur une partie supérieure. 20 Par sa résistance aux efforts de traction et de compression, le mat hauban 50 reprend, comme illustré sur la figure 6, un couple Mx de la demi-voilure 31 autour de l'axe X au niveau de la jonction de ladite demi-voilure avec la ferrure voilure-fuselage 22. Ainsi l'ensemble formé par le fuselage 20, plus particulièrement la zone 25 de jonction 21, la demi-voilure 31 et le mat hauban 50 constitue une structure isostatique au moins dans un plan YZ, adaptée à une transmission des efforts suivant les différentes directions principales du repère avion et des couples autour de ces différentes directions. Pour assurer un cheminement optimal des efforts, la zone de jonction 31 30 comporte au moins un cadre fort 211, 212, 213 et avantageusement au moins un cadre fort par longeron de la demi-voilure, la position des cadres forts correspondant de préférence dans ce cas sensiblement à la position des chapes d'assemblage sur la ferrure voilure-fuselage 22. Les cadres forts sont de préférence communs aux deux demi-voilures, c'est à dire que les ferrures voilure-fuselage 22 de chaque demi-voilure sont fixées sur lesdits mêmes cadres forts, de même que les mats haubans 50 de 5 chaque demi-voilure. Un tel agencement permet de transmettre de manière efficace les efforts de traction et de compression entre les deux demi-voilures. En particulier, lorsque l'avion 10 est en vol, les efforts de portance sur les demi-voilures génèrent du fait d'efforts de traction dans les mats haubans 50 des 10 efforts de compression dans les demi-voilures 31 au niveau des emplantures 321 qui sont transmis d'une demi-voilure à l'autre par les ferrures voilure-fuselage 22 et les cadres forts 211, 212, 213. Les cadres forts sont par exemple des cadres intégrés à la structure du fuselage 20 de manière similaire à des cadres courant mis en oeuvre pour la 15 structure du fuselage, mais dimensionnés pour la transmission des efforts dans la zone de jonction de l'aile 30 et du fuselage 20. Dans une autre forme de réalisation, les cadres forts sont agencés, au moins en partie, à l'extérieur d'une surface enveloppe extérieure d'une partie cylindrique du fuselage 20 de sorte à éviter une diminution d'une section d'une 20 partie intérieure du fuselage destinée à accueillir une charge utile, passagers ou marchandises. Dans cet agencement, avantageusement des parties des dits cadres forts extérieures à la surface enveloppe extérieure de la partie cylindrique du fuselage 20 sont minimisées autant que possible et des carénages adaptés couvrent les dits cadres forts pour limiter des effets aérodynamiques non désirés. 25 En outre la position de chaque ferrure voilure-fuselage 22 sur le fuselage 20 est telle que la demi-voilure 31 est fixée au fuselage 20 avec un extrados de la dite demi-voilure sensiblement à la même hauteur suivant la direction Z qu'une partie supérieure du fuselage 20 dans la zone de jonction 21. Plus particulièrement un dépassement de la demi-voilure au niveau de 30 l'emplanture 321 au-dessus de la partie supérieure du fuselage est évité, ou pour le moins limité à des valeurs conduisant à des effets négatifs sur le plan aérodynamique négligeables.

La tolérance d'un dépassement de la demi-voilure 31 au-dessus du fuselage 20 permet, compte tenu de la section circulaire du fuselage, ou de forme voisine dans sa partie supérieure, de limiter un déport latéral des ferrures voilure-fuselage 22 utilisé pour obtenir un décalage recherché de la demi-voilure 31 vers le bas. Une optimisation du déport latéral des ferrures voilure-fuselage permet de simplifier les moyens pour transmettre les efforts entre les deux ferrures voilure fuselage des deux demi-voilures, et donc d'obtenir une solution plus légère. Suivant le déport latéral accepté pour les ferrures voilure fuselage et le 10 cas échéant un dépassement accepté au-dessus du fuselage de l'extrados de chaque demi-voilure à son emplanture, les chapes ou les fixations des longerons peuvent être situées au niveau de l'emplanture 321 à différentes hauteurs. Dans l'exemple illustré sur la figure 4, et représenté très schématiquement de face sur la figure 7a, les chapes ou les fixations des 15 longerons 311, 312, 313 sont situées dans une partie supérieure de chaque longeron, c'est-à-dire du côté d'un extrados de la demi-voilure, et les extrémités des dits longerons à l'emplanture 321 sont réalisées avec une forme sensiblement complémentaire d'une forme du fuselage 20. Un tel agencement permet de minimiser le déport latéral de l'axe d'assemblage 221 pour obtenir le 20 résultat recherché sur la position en hauteur de la demi-voilure par rapport au fuselage. La figure 7b illustre schématiquement un cas de voilure haute dans lequel les chapes ou les fixations des longerons 311, 312, 313 sont situées dans une partie inférieure de chaque longeron, et la figure 7c illustre schématiquement un 25 cas de voilure haute dans lequel les chapes ou les fixations des longerons 311, 312, 313 sont situées dans une partie médiane de chaque longeron. Dans ces différentes configurations de l'invention, le concepteur de l'avion est en mesure de déterminer quelle agencement répond au mieux à différents critères propres au cas considéré, par exemple des critères de masse, 30 de coûts, d'assemblage ou de maintenance. Un carénage de voilure, non représenté, à la jonction voilure-fuselage, qui peut s'avérer nécessaire, reste cependant dans ce cas de dimensions limitées et beaucoup moins pénalisant sur le plan aérodynamique que lorsque l'aile est posée au-dessus du fuselage comme dans la configuration de l'art antérieur représenté sur les figures 1 et 2 sur le demi-avion des côtés droits.

Suivant une autre caractéristique de l'avion 10, l'extrémité intérieure 51 du mat hauban 50 est fixée au fuselage 20 dans une zone dont la structure favorise le transfert des efforts de traction et de compression entre les mats hauban des deux demi-voilures. Dans le cas illustré d'une configuration avion à aile haute, l'extrémité 10 intérieure 51 du mat hauban est fixée au fuselage sensiblement au niveau du plancher 23 intérieur audit fuselage ou en dessous dudit plancher. Dans la zone de jonction 21, le plancher 23 et ou une structure associée sous ledit plancher sont alors agencés pour former une structure de transmission des efforts de traction et de compression qui sont transmis par les mats hauban 15 des deux demi-voilures en fonction des différents cas de charges de la structure de l'avion. En particulier, en absence de reprise de moments Mx autour de l'axe X par la jonction des demi-voilures avec les ferrures voilure-fuselage respectives, le plancher 23 et ou les cadres forts 211, 212, 213 dans la zone de jonction 21 20 équilibrent les efforts de compression ou de traction dans les longerons 311, 312, 313 des demi-voilures. La position en envergure sur la demi-voilure 31 de la zone d'attache 330 du mat hauban 50 correspond à une zone où le moment de flexion est maximum dans la structure de la demi-voilure 31, le dit moment de flexion étant 25 sensiblement nul en absence d'une rigidité significative d'encastrement de ladite demi-voilure au niveau de son emplanture 321 en raison du montage utilisé et, naturellement, au niveau de son extrémité 322. La figure 6 schématise l'évolution du moment de flexion dans une demi-voilure 31 en fonction de l'envergure. Sur cette figure l'échelle des positions suivant l'envergure est normée 30 par rapport à l'envergure de la demi voilure, c'est à dire que =0 correspond à la position du plan de symétrie de l'avion et =1 correspond à l'extrémité 322 de la demi-voilure. L'emplanture 321 de la demi-voilure est à une position en envergure notée et la zone d'attache 330 est à une position en envergure notée h. Le mat hauban 50 permet ainsi de réduire la valeur maximale du moment 5 de flexion d'une manière qui dépend de la position en envergure de la zone d'attache 330. Dans une forme de réalisation, la zone d'attache 330 correspond également à une zone de fixation de volets hypersustentateurs. Une telle zone de fixation de volets hypersustentateurs comporte en effet 10 des éléments de structure renforcés, tel que des nervures fortes, et des carénages de volets 322 pour envelopper les différents mécanismes d'extension des volets hypersustentateurs, carénages qui sont alors réalisés pour prendre en compte le mat hauban 50 afin de minimiser la masse des carénages et les interactions aérodynamiques entre ledit mat hauban et l'aile. 15 La réduction du moment de flexion à l'emplanture permet également de réduire l'épaisseur de la demi-voilure 31 à l'emplanture 321 par rapport à une solution sans mat hauban, comme l'illustre la figure 2 qui permet de comparer la solution de l'invention avec la solution de l'art antérieur. Dans la solution de l'art antérieur, l'épaisseur à l'emplanture de la demi- 20 voilure encastrée à son emplanture est dimensionnée principalement par la flexion ce qui a pour conséquence une épaisseur importante du caisson structural pour obtenir la résistance nécessaire avec une masse acceptable pour un avion. Dans le cas de l'avion 10 de l'invention, le moment de flexion étant nul ou très réduit à l'emplanture de la demi-voilure, l'épaisseur de celle-ci à l'emplanture 25 peut être réduite, étant en pratique établie pour la résistance en compression du caisson structural de ladite demi-voilure et pour disposer d'un volume de réservoir carburant nécessaire, et en conséquence permet d'obtenir plus aisément, lors de la conception, que l'extrados de l'aile ne dépasse pas ou peu la partie supérieure du fuselage. 30 Le paramètre de la position en envergure de la zone d'attache 330 que le concepteur de l'aéronef peut être amené à déterminer dans un processus d'optimisation de l'aile 30 d'une part, et de la jonction voilure-fuselage d'autre part, en prenant en compte les mats hauban 50 et les cadres forts 211, 212, 213 du fuselage et d'éventuels autres renforts du fuselage, n'est donc pas fixé de manière absolu.

Toutefois une position de la zone d'attache 330 trop proche de l'emplanture 321 conduit à des moments de flexion élevé au niveau de ladite zone d'attache qui se rapprochent de ceux d'une voilure encastrée à son emplanture et une position de la zone d'attache 330 trop éloignée de l'emplanture 321 pose des difficultés d'installation et conduit à un mat hauban 50 d'une grande longueur qui s'avère lourd et pénalisant sur le plan de l'aérodynamique. Pour des raisons aérodynamiques, et afin de limiter la pénalité en traînée aérodynamique créée par les mats hauban, chaque mat hauban est profilé.

Le mat hauban 50, dont la structure interne est complexe comme il a déjà été décrit, est d'une forme en plan sensiblement rectangulaire et présente une corde suffisante pour envelopper les éléments structuraux dudit mat hauban. Cette corde est en pratique du même ordre de grandeur qu'une distance séparant les longerons avant 311 et arrière 312 dans la zone d'attache, ce qui permet de disposer d'une épaisseur absolue du mat hauban adaptée au passage des efforts en traction et en compression avec une épaisseur relative, en pratique entre 8% et 13%, compatible avec des pénalités aérodynamiques de traînée de forme acceptables. En fonction de la forme de l'aile et de l'agencement des cadres forts, les contraintes déterminant la corde du mat hauban 50 ne sont pas nécessairement homogènes entre l'extrémité intérieure 51 et l'extrémité extérieure 52 dudit mat hauban, déterminant des longueurs de corde optimales différentes à ces deux extrémités. Dans ce cas le mat hauban 50 est par exemple réalisé avec une forme en plan trapézoïdale afin de diminuer au maximum la surface dudit mat hauban en contact avec l'écoulement aérodynamique. Dans l'agencement proposé de la jonction voilure-fuselage pour l'avion 10, les mats hauban 50 sont nécessaires pour garantir l'intégrité de la jonction.

La présence d'un longeron intermédiaire 313 entre les longerons avant 311 et arrière 312 de chaque demi-voilure 31, associé à au moins un cadre fort par longeron permet de réaliser une structure de la jonction dans laquelle, par un dimensionnement adapté, les cheminements des efforts sont répartis dans le mat hauban, dans la demi-voilure et dans le fuselage. En outre les chapes et autres éléments critiques sont de préférence réalisés par des assemblages de pièces suivant une conception tolérante aux défaillances dite « fail safe ». Outre les agencements décrits de manière détaillée, les principes de l'invention qui conduisent à la réduire à une valeur quasi nulle les moments de flexion à l'emplanture pour un avion de transport sont applicables à un avion comportant une aile fixée au fuselage dans une partie basse du fuselage de manière similaire, ladite aile comportant dans ce cas de préférence un dièdre positif, c'est-à-dire avec les extrémités plus haute que les emplantures, et pour chaque demi-voilure un mat hauban supérieur solidarisant la demi-voilure considérée avec le fuselage. Le mat hauban est alors situé au-dessus de la demi-voilure du côté de son extrados. Il est fixé par une extrémité intérieure dudit mat hauban au fuselage dans la zone de jonction, dans ce cas dans une partie supérieure du fuselage, et est fixé par une extrémité extérieure dudit mat hauban à la demi-voilure 31 dans une zone d'attache voilure située en envergure sur ladite demi-voilure entre l'emplanture et l'extrémité. Dans un tel agencement, les mats hauban travail principalement en compression lors du vol stabilisé de l'avion du fait des forces de portance 25 s'exerçant sur les demi-voilures. L'aile peut également être fixée au fuselage dans une partie médiane en hauteur du fuselage. Dans ce cas les mats hauban peuvent être agencés sous chaque demi-voilure comme dans le cas d'une aile haute, ou bien au-dessus de chaque demi-voilure comme dans le cas de d'une aile basse, voire pour chaque 30 demi-voilure un mat hauban au-dessus de ladite demi-voilure et un mat hauban en dessous de ladite demi-voilure. Dans ces solutions, l'absence d'un caisson structural central de l'aile traversant le fuselage permet de ne pas affecter les volumes aménageables du fuselage, tant au-dessus qu'en dessous d'un plancher de cabine. Le concepteur d'avion se trouve ainsi libéré de la contrainte sur la position en hauteur de l'aile par rapport au fuselage, contrainte qui a conduit à éviter la solution des ailes médianes dans le domaine des avions de transport civil ou militaire moderne, dont les charges alaires sont relativement élevées, précisément du fait de l'incompatibilité d'un caisson central d'aile, traversant le fuselage, avec les aménagements intérieurs du fuselage. Ainsi l'avion de l'invention bénéficie d'une aile qui optimise la liaison voilure-fuselage sur le plan aérodynamique, en particulier par la diminution significative ou la suppression des carénages à la jonction voilure-fuselage et par la diminution de l'épaisseur de l'aile à l'emplanture, et ceci sans que les volumes intérieurs du fuselage ne s'en trouvent affecté, du fait de l'absence d'une structure de jonction rigide assurant l'encastrement des deux demi-voilures à leurs emplantures.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1 - Avion (10) comportant un fuselage (20), comportant une aile (30), ladite aile comportant deux demi-voilures (31) fixées chacune dans une partie supérieure d'une zone de jonction (21) dudit fuselage, et comportant entre chaque demi-voilure et le fuselage un mat hauban (50) formant une liaison structurale de traction-compression caractérisé en ce que : - chaque demi-voilure (31) est solidarisée du côté d'une emplanture (321) de ladite demi-voilure à au moins une ferrure voilure-fuselage (22) du fuselage (20), extérieure à une surface enveloppe externe dudit fuselage ; - chaque mat hauban (50) d'une demi-voilure (31) réalise une liaison structurale entre : - des longerons (311, 312, 313) de ladite demi-voilure, au niveau d'une zone d'attache voilure (330) située entre l'emplanture (321) de la demi-voilure (31) et une extrémité (322) de ladite demi-voilure ; et - au moins un cadre fort (211, 212, 213) de la zone de jonction (21) du fuselage ; les ferrures voilure-fuselage (22) étant solidaires du au moins un cadre fort (211, 212, 213).
2. 2 - Avion suivant la revendication 1 dans lequel chaque demi-voilure (31) est solidarisée à la ferrure voilure-fuselage (22) située d'un même côté du fuselage que ladite demi-voilure par un longeron avant (311) du côté d'un bord d'attaque de ladite demi-voilure et un longeron arrière (312) du côté d'un bord de fuite de ladite demi-voilure.
3. 3 - Avion suivant la revendication 2 dans lequel chaque demi-voilure (31) est en outre solidarisée à la ferrure voilure-fuselage (22) par au moins un longeron intermédiaire (313) entre les longerons avant (311) et arrière (312), ledit au moins un longeron intermédiaire s'étendant en envergure depuisl'emplanture (321) de ladite demi-voilure jusqu'à une nervure intermédiaire (323) de ladite demi-voilure.
4. 4 - Avion suivant la revendication 3 dans lequel la nervure intermédiaire (323) correspond en envergure sensiblement à la position d'un moteur (40) fixé à la demi-voilure (31).
5. 5 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel les ferrures voilure-fuselage (22) sont fixées aux cadres forts (211, 212, 213) et dans lequel lesdits cadres forts sont agencés sur le fuselage (20) pour être en vis à vis d'éléments de fixation des longerons (311, 312, 313) sur lesdites ferrures voilure-fuselage.
6. 6 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel chaque mat hauban (50) comporte au moins deux éléments structuraux internes distincts de transmission des efforts entre la demi-voilure (31) correspondante et le fuselage (20).
7. 7 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel un mat hauban (50) comporte un carénage d'éléments structuraux dudit mat hauban, ledit carénage donnant audit mat hauban une section ayant une forme d'un profil aérodynamique.
8. 8 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel la zone d'attache (330) est une zone de fixation de volets hypersustentateurs de la demi-voilure (31).
9. 9 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel une extrémité intérieure du mat hauban (50) est fixée au fuselage (20) sur une ferrure mat-fuselage solidaire des cadres forts (211, 212, 213).
10. 10 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel une extrémité extérieure du mat hauban (50) est fixée à la demi-voilure (31) sur une ferrure voilure solidaire des longerons (311, 312, 313).
11. 11 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel chaque demi-voilure (31) est fixée au fuselage (20) dans une position haute dudit fuselage et dans lequel chaque mat hauban (50) forme une liaison structurale entre ladite demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage sous les ferrures voilure-fuselage.
12. 12 - Avion suivant la revendication 11 dans lequel chaque mat hauban (50) est fixé au fuselage (20) sensiblement au niveau d'un plancher (23) d'une cabine ou d'une soute dudit fuselage, ou en dessous dudit plancher.
13. 13 - Avion suivant l'une des revendications 1 à 10 dans lequel chaque demi- voilure (31) est fixée au fuselage (20) dans une position basse dudit fuselage et dans lequel chaque mat hauban (50) forme une liaison structurale entre ladite demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage au-dessus des ferrures voilure-fuselage.
14. 14 - Avion suivant l'une des revendications 1 à 10 dans lequel chaque demi- voilure (31) est fixée au fuselage (20) dans une position médiane sur ledit fuselage et est reliée au fuselage par un mat hauban formant une liaison structurale entre ladite demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage en dessous des ferrures voilure-fuselage et ou par un mat hauban formant une liaison structurale entre ladite demi-voilure et une zone du fuselage situé sur le fuselage au-dessus des ferrures voilure-fuselage.