FR3044292A1 - Profil aerodynamique d'aeronef a bord d'attaque ouvert, mat et aeronef comportant un tel profil aerodynamique - Google Patents

Abstract

L'invention porte sur un profil aérodynamique d'aéronef comportant un profilé (1) constituant un bord d'attaque (BA) du profil aérodynamique. Le profilé (1) comporte une ouverture au niveau dudit bord d'attaque (BA) permettant l'entrée d'air dans l'épaisseur dudit profil aérodynamique, une sortie d'air, et des moyens de guidage conformés pour guider l'air vers la sortie d'air. L'ouverture au bord d'attaque permet de faire entrer de l'air dans l'épaisseur du profil, limitant les turbulences aérodynamiques au niveau dudit bord d'attaque. L'invention porte également sur un mât portant un groupe propulseur d'aéronef et comportant un tel profil aérodynamique. L'invention porte enfin sur un aéronef équipé d'un tel profil.

Description

L’invention est relative à un profil aérodynamique d’aéronef comportant un profilé qui en forme le bord d’attaque. Par profil aérodynamique, on désigne dans le présent document un dispositif physique ayant une surface externe de forme prédéterminée répondant à des critères de traînée et de portance lors d’un mouvement relatif dans un fluide.

Un élément de voilure d’un aéronef correspond par exemple à un profil aérodynamique. Selon une forme de réalisation particulière, l’invention s’applique à un mât ou pylône supportant un ensemble de propulsion pour aéronef formant un tel profil aérodynamique et à un aéronef comprenant un tel mât.

Au cours d’un déplacement, tout profil aérodynamique de véhicule se voit exposé aux sillages d’autres profils de ce véhicule, ou à des phénomènes perturbateurs de sa couche limite d’air.

Ainsi, le bord d’attaque d’un mât portant un ensemble de propulsion dont les hélices ou pales sont positionnées en avant dudit bord d’attaque est soumis au sillage et aux turbulences générées par les hélices ou pales.

Le mât lui-même génère un sillage, et ce quelle que soit sa conception.

Cela peut entraîner, entre autres phénomènes, une augmentation du bruit généré par les hélices de la turbine de l’ensemble de propulsion du fait des variations de pression subies par les hélices, ainsi qu’une baisse des performances de poussée de l’ensemble de propulsion du fait de décrochements locaux de la couche limite sur lesdites hélices. Cela peut notamment être le cas avec un moteur tractif de type dit CROR (ce qui correspond à l’acronyme anglophone « counter-rotating open-rotor (engine)», pouvant se traduire par « (moteur) à hélices contra-rotatives non carénées >>).

Il est ainsi proposé un dispositif visant à limiter les perturbations acoustiques et aérodynamiques au niveau du bord d’attaque d’un profil aérodynamique d’aéronef. L’invention porte ainsi sur un profil aérodynamique d’aéronef comportant un profilé constituant un bord d’attaque du profil aérodynamique. Le profilé comporte une ouverture au niveau dudit bord d’attaque permettant l’entrée d’air dans l’épaisseur dudit profil aérodynamique. Le profil comporte une sortie d’air et des moyens de guidage conformés pour guider l’air entrant dans l’épaisseur du profil vers la sortie d’air. L’air entrant dans l’épaisseur du profil ne génère pas de remous et turbulences au niveau du bord d’attaque. Les turbulences sont ainsi réduites. L’air pénétrant dans le profil peut être employé pour alimenter divers dispositifs de l’aéronef équipé du profil aérodynamique selon l’invention. Lorsque des hélices passent en regard du bord d’attaque, les interactions entre les hélices et le bord d’attaque sont réduites. Il est possible ainsi de diminuer la distance entre les hélices et le bord d’attaque.

Selon un mode de réalisation, l’ouverture peut être constituée d’une unique bouche d’entrée d’air de forme allongée, s’étendant le long du bord d’attaque.

Selon un autre mode de réalisation, l’ouverture peut comporter une pluralité de bouches d’entrée d’air réparties le long du bord d’attaque.

Quel que soit le mode de réalisation, chaque bouche d’entrée d’air peut être prolongée par un conduit longitudinal conformé pour guider l’air entrant dans le profil vers une sortie située à un bord de fuite du profil.

Les moyens de guidage peuvent comporter un collecteur transversal au profil aérodynamique. Une sortie d’air peut être ménagée à une extrémité du collecteur située vers une emplanture du profil. Une sortie d’air peut être ménagée à une extrémité du collecteur opposée à une emplanture du profil.

Chaque bouche d’entrée d’air peut être prolongée par un conduit conformé pour guider l’air entrant dans le profil vers un collecteur transversal. L’invention porte également sur un mât supportant un ensemble de propulsion pour aéronef, ledit mât comportant un profil aérodynamique tel que précédemment décrit.

Dans un mât comportant un profil aérodynamique comportant un collecteur transversal comportant une sortie d’air ménagée à une extrémité opposée à une emplanture du profil, la sortie d’air ménagée à une extrémité du collecteur opposée à une emplanture du profil peut constituer pour l’ensemble de propulsion une entrée d’air alimentant une turbine ou un moteur à combustion. La sortie d’air ménagée à une extrémité du collecteur opposée à une emplanture du profil peut constituer pour l’ensemble de propulsion une entrée d’air alimentant un dispositif de refroidissement dudit ensemble de propulsion. L’invention porte également sur un aéronef comportant un mât tel que précédemment décrit. En particulier, l’ensemble de propulsion peut être du type tractif à hélices contrarotatives non carénées. L’aéronef peut être un avion.

Dans un aéronef comportant un fuselage auquel est lié un profil aérodynamique comportant un collecteur transversal comportant une sortie d’air ménagée à une extrémité du collecteur située vers une emplanture du profil, la sortie d’air peut être reliée au travers de l’emplanture du profil aérodynamique à un dispositif du fuselage pour son alimentation en air. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.

Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 illustre selon une vue schématique en trois dimensions un aéronef comprenant un système de propulsion ; - la figure 2 représente selon une vue schématique en trois dimensions un ensemble comportant un mât et un ensemble de propulsion d’aéronef; - la figure 3 représente schématiquement selon une vue de dessus un ensemble comportant un ensemble de propulsion d’aéronef et un mât selon une constitution possible dudit mât ; - la figure 4 représente schématiquement selon une vue en coupe un profilé formant bord d’attaque pouvant être employé dans un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 5 représente selon une vue schématique en trois dimensions un profilé formant bord d’attaque selon une première variante, pouvant être employé dans un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 6 représente selon une vue schématique en trois dimensions un profilé formant bord d’attaque selon une deuxième variante, pouvant être employé dans un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 7 représente selon une vue schématique en trois dimensions un profilé formant bord d’attaque selon une troisième variante, pouvant être employé dans un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 8 représente selon une vue schématique en coupe du profilé de la figure 7 selon le plan médian M représenté à la figure 7 ; - la figure 9 illustre selon un schéma de principe une première configuration possible de circulation d’air dans un profil aérodynamique dans une première variante de l’invention ; - la figure 10 illustre selon un schéma de principe une deuxième configuration possible de circulation d’air dans un profil aérodynamique dans une deuxième variante de l’invention; - la figure 11 illustre selon un schéma de principe une troisième configuration possible de circulation d’air dans un profil aérodynamique dans une troisième variante de l’invention.

La figure 1 illustre un aéronef comportant un fuselage F équipé de deux groupes propulseurs, qui comprennent un moteur (en l’occurrence une turbine) contenu dans une nacelle N et une ou plusieurs hélices. Dans l’exemple ici représenté sur les figures 1 et 2, le groupe propulseur présente une configuration CROR, avec une hélice avant H1 et une hélice arrière H2 tractives contrarotatives.

Cette nacelle N est soutenue et reliée au fuselage F par un mât P. Un mât P constitue une pièce de liaison structurelle et fonctionnelle entre un groupe propulseur GP ou ensemble de propulsion d’un aéronef et la structure (par exemple le fuselage F) de l’aéronef. En particulier, un mât comporte un carénage aérodynamique englobant une structure supportant l’ensemble de propulsion et les dispositifs pouvant y être connectés. Ces derniers ne sont pas représentés.

Comme expliqué précédemment, durant le vol, les hélices H1, H2 provoquent des remous R dans leur sillage et des turbulences illustrées à la figure 2 ainsi qu’à la figure 3.

La figure 2 représente plus en détail un mât P d’ensemble de propulsion d’un aéronef dans son environnement immédiat. Afin de limiter la traînée aérodynamique, le mât présente un profil aérodynamique adapté conféré par son carénage. Un tel profil aérodynamique comporte un bord d’attaque BA et un bord de fuite BF.

Le profil aérodynamique du mât peut être constitué de plusieurs pièces. Par exemple, tel que représenté à la figure 3, le bord d’attaque peut être constitué d’un profilé 1. Le bord de fuite est constitué d’un second profilé 2. Le profilé 1 et le second profilé 2 sont rapportés sur une partie intermédiaire 3.

Par profilé, on entend une pièce de section fixe ou variable, qui constitue une portion extrême du profil aérodynamique.

Le bord d’attaque BA du mât P est soumis au sillage et aux turbulences générées pas les hélices H1, H2. En particulier, le passage des pales d’une hélice H1, H2 en regard du bord d’attaque BA, peut générer un bruit important du fait des variations de pressions subies par les hélices. L’interaction entre le flux généré par les hélices H1, H2 et le bord d’attaque BA peut également nuire aux performances en matière de poussée de l’ensemble de propulsion.

Ceci pousse généralement à éloigner autant que possible les hélices H1, H2 du bord d’attaque BA, ce qui augmente le porte-à-faux du groupe propulseur vis-à-vis du mât P, et entraîne la nécessité d’un mât rigide, résistant à l’effort de torsion imposé par le groupe propulseur.

Dans l’invention, il est proposé un profil aérodynamique dont le bord d’attaque BA est constitué par un profilé 1. Divers modes de réalisation d’un tel profilé 1 sont présentés à titre d’exemple et de manière non limitative sur les figures 4 à 7. Un profilé employé dans l’invention comporte une ouverture 4, formée d’une ou de plusieurs bouches 41 s’ouvrant au niveau du bord d’attaque que forme ledit profilé 1. Sous l’effet du déplacement du profil aérodynamique et/ou par aspiration, de l’air peut pénétrer par l’ouverture 4 dans l’épaisseur du profil aérodynamique. Des moyens de guidage, pouvant comporter un ou plusieurs conduits d’air, sont conformés pour guider l’air entrant dans l’épaisseur du profil vers une sortie d’air 5. Les moyens de guidage correspondent à l’ensemble des éléments formant le parcours de l’air depuis l’ouverture 4 jusqu’à une sortie d’air 5.

La figure 4 représente schématiquement selon une vue en coupe un profilé 1 formant bord d’attaque BA pouvant être employé dans un mode de réalisation de l’invention. Le profilé 1 comporte une ouverture 4 permettant l’entrée d’air dans l’épaisseur du profil aérodynamique. L’ouverture 4 comporte une ou plusieurs bouches 41 d’entrée d’air débouchant au bord d’attaque BA. La figure 4 est une vue en coupe au niveau d’une bouche d’entrée d’air 41.

Le flux turbulent d’air pénétrant dans l’ouverture 4 n’interfère pas avec le bord d’attaque du profil aérodynamique. Cela réduit fortement les phénomènes acoustiques se produisant lors du passage d’une hélice en regard du bord d’attaque BA.

La bouche 41 se prolonge dans l’épaisseur du profil par un conduit 42 qui guide l’air pénétrant dans le profil. Dans l’exemple représenté à la figure 4, le conduit 42 est conformé pour guider l’air entrant dans le profil vers un collecteur 43 transversal. Dans l’exemple de la figure 4, le collecteur 43 est intégré dans le profilé 1. Dans l’exemple ici représenté, le collecteur est formé d’un tube transversal dans lequel débouche le conduit 42. Le tube formant le collecteur est, dans l’exemple représenté, cylindrique droit de révolution. Le collecteur 43 peut s’étendre transversalement dans l’épaisseur du profil aérodynamique. Le collecteur 43 peut ainsi être orthogonal au conduit 42 prolongeant la bouche 41. Lorsque l’ouverture 4 du profilé 1 comporte plusieurs bouches 41, chacune étant prolongée par un conduit 42, chaque conduit 42 peut déboucher dans le collecteur 43. Ainsi, le collecteur agrège l’ensemble des flux d’air pénétrant dans le profil aérodynamique par les bouches 41 de l’ouverture 4, avant que cet air ne soit dirigé vers une sortie d’air 5.

Le profilé 1 est rapporté et fixé sur la partie intermédiaire 3. La fixation entre le profilé 1 et la partie intermédiaire 3 peut par exemple être réalisée par rivetage.

Les figures 5, 6 et 7 présentent trois variantes d’ouverture 4 au niveau du bord d’attaque BA formé par un profilé 1.

Le profilé 1 représenté à la figure 5 comporte une bouche 41 d’entrée d’air unique formant l’ouverture 4. La bouche 41 a une forme allongée et s’étend le long du bord d’attaque BA.

Le profilé 1 représenté à la figure 6 comporte plusieurs bouches 41 d’entrée d’air formant l’ouverture 4. Chaque bouche 41 présente une forme oblongue et est orientée de sorte que sa plus grande dimension s’étend dans la direction du bord d’attaque. Cette configuration, comparativement à celle de la figure 5, offre des caractéristiques mécaniques supérieures au profilé 1, tout en offrant une proportion ouverte importante au niveau du bord d’attaque. En particulier, les cloisons des conduits 42, résultant de la réalisation d’une pluralité de bouches 41, raidissent le bord d’attaque comme des nervures.

La figure 7 présente une variante de profilé 1 dans laquelle les conduits 42 sont de section circulaires, et les bouches 41 correspondent à l’intersection des conduits 42 avec la surface tridimensionnelle complexe du profil aérodynamique à proximité de son bord d’attaque BA.

Quelle que soit la géométrie de l’ouverture, et qu’elle soit constituée d’une unique bouche ou qu’elle comporte une pluralité de bouches, une grille (non représentée) ou tout type de filtre mécanique comme une plaque percée ou un ensemble de chicanes peut être disposé à l’entrée de chaque bouche afin d’éviter que des particules solides ne pénètrent dans l’épaisseur du profil.

Une vue schématique en coupe du profilé de la figure 7 est représentée à la figure 8. Le profilé 1 est représenté coupé selon le plan de coupe médian M représenté à la figure 7. Dans l’exemple représenté à la figure 8, le collecteur 43 transversal comporte à l’une de ses extrémités une sortie 5 pour l’air pénétrant dans l’ouverture 4. L’air entrant dans l’épaisseur du profil aérodynamique est ainsi guidé dans les conduits 42, puis dans le collecteur 43, et ressort par la sortie 5. Les conduits 42 peuvent présenter un raccordement coudé sur le collecteur 43, de sorte à orienter le flux entrant dans le collecteur 43 vers la sortie 5 avec des pertes de charge les plus faibles possibles.

De manière générale, il convient de limiter les pertes de charge et les turbulences dans le collecteur 43. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, l’extrémité du collecteur 43 distale par rapport à la sortie d’air peut présenter un rayon de courbure aussi grand que possible voire évolutif, afin d’orienter l’air pénétrant dans le profil au niveau de ladite extrémité distale vers la sortie d’air 5, et ainsi créer un flux dans le collecteur en direction de ladite sortie 5.

Quelle que soit la configuration de l’ouverture 4, des conduits 42, du collecteur 43 le cas échéant, et de la sortie 5 d’air, les éléments dans lesquels circule l’air pénétrant dans l’épaisseur du profil peuvent être soumis à une dépression afin de favoriser l’aspiration d’air par l’ouverture 4. Une dépression dans le système peut être obtenue par exemple par une pompe, électrique ou pneumatique. L’air pénètre donc dans l’épaisseur du profil du fait du mouvement du profil dans l’air, et, optionnellement, sous l’effet d’une dépression générée dans les éléments du dispositif qui provoque une aspiration d’air par l’ouverture 4.

Les figures 9, 10 et 11 illustrent diverses configurations possibles d’évacuation de l’air ayant pénétré dans l’épaisseur du profil.

Selon la configuration représentée à la figure 9, chaque conduit 42 longitudinal qui prolonge chaque bouche 41 s’étend jusqu’au bord de fuite BF du profil aérodynamique, où l’air est relâché par une sortie 5. Chaque conduit 42 peut par exemple suivre une corde du profil, ou être disposé parallèlement à une corde du profil. Une part des turbulences qui atteignent le bord d’attaque étant canalisées dans le profil, le bord d’attaque subit moins de turbulences, et les variations de pression sur l’arrière des hélices lorsqu’elles passent en regard du bord d’attaque sont réduites. Ejecter l’air au niveau du bord de fuite BF permet également une réduction des perturbations du flux d’air au niveau dudit bord de fuite BF. Une sortie 5 d’air située au bord de fuite correspond en pratique à une sortie d’air débouchant à proximité du bord de fuite BF, par exemple une sortie d’air débouchant à plus de 70% de la corde du profil aérodynamique, par exemple autour de 90% de la corde du profil aérodynamique.

Selon la configuration représentée à la figure 10, un collecteur 43 transversal est prévu dans l’épaisseur du profil. Dans cette configuration, le collecteur 43 est compris dans la partie intermédiaire 3 du profil aérodynamique.

Selon la configuration représentée à la figure 11, le collecteur 43 est compris dans le second profilé 2 formant bord de fuite.

Que le collecteur 43 transversal soit positionné dans le profilé 1 formant bord d’attaque, dans la partie intermédiaire 3 ou dans le second profilé 2 formant bord de fuite, ou, plus généralement, à n’importe quel pourcentage de la corde du profil (dans la limite de l’épaisseur disponible du profil), une sortie 5 d’air peut être ménagée vers l’emplanture du profil aérodynamique, tel que représenté aux figures 10 et 11, et/ou vers la nacelle N (ou plus généralement à une extrémité du collecteur opposée à une emplanture du profil).

Lorsque l’air pénétrant par l’ouverture 4 dans l’épaisseur du profil aérodynamique est dirigé à l’emplanture dudit profil, il peut être employé pour alimenter un dispositif que comprend le fuselage de l’aéronef équipé du profil aérodynamique. Par exemple, l’air peut être employé pour alimenter en air une cabine de l’aéronef, par exemple pour le transport de passager. L’air peut être employé au refroidissement de systèmes électriques ou électroniques.

Lorsque le profil aérodynamique est celui d’un mât portant un groupe propulseur d’aéronef, et que l’air pénétrant par l’ouverture 4 dans l’épaisseur du profil aérodynamique est dirigé vers la nacelle N du groupe propulseur, l’air peut être employé pour alimenter un dispositif que comporte la nacelle. Par exemple, l’air peut être employé au refroidissement du groupe propulseur. L’air peut aussi être employé pour alimenter en air le groupe propulseur, c’est-à-dire servir pour la combustion qui est réalisée dans ledit groupe propulseur.

Ainsi, le dimensionnement de l’ouverture 4 procède d’un compromis entre de nombreux paramètres parmi lesquels : le niveau de turbulences acceptables au bord d’attaque et d’interférences avec les hélices passant en regard dudit bord d’attaque, la traînée supplémentaire occasionnée par l’ouverture au niveau du bord d’attaque, et la quantité d’air souhaitée pour alimenter un dispositif.

En limitant les perturbations aérodynamiques au niveau du bord d’attaque d’un profil aérodynamique, l’invention permet de réduire les inconvénients induits par ces perturbations. Par exemple, le bruit d’hélices passant en regard du bord de fuite est réduit. La performance de poussée des hélices est améliorée en limitant les interactions aérodynamiques entre le bord d’attaque et lesdites hélices. En outre, il est possible de rapprocher les hélices du bord d’attaque, ce qui permet, par exemple, de réduire le porte-à-faux d’un groupe propulseur d’aéronef vis-à-vis d’un mât sur lequel il est monté, ce qui permet de réduire les caractéristiques mécaniques du mât et de l’alléger.

Le dispositif objet de l’invention présentant une ouverture au bord d’attaque d’un profil aérodynamique peut être combiné à d’autres dispositifs par exemple destinés à limiter les perturbations du flux au bord de fuite du profil. Par exemple, un dispositif d’écopage de la couche limite peut être prévu à l’extrados et/ou à l’intrados du profil aérodynamique. Un dispositif de soufflage, combiné ou non à une sortie de l’air pénétrant dans le profil au niveau du bord de fuite, peut être prévu et permet de limiter encore plus les perturbations aérodynamiques à l’intrados et/ou à l’extrados du profil.

Bien que les mâts d’ensemble propulseur d’aéronef constituent une application préférentielle de l’invention, un phénomène analogue peut se produire au niveau de nombreux autres éléments d’un aéronef présentant un profil aérodynamique dont le bord d’attaque subit un flux turbulent. La solution proposée dans l’invention peut généralement leur être appliquée.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS

   1. Profil aérodynamique d’aéronef comportant un profilé (1) constituant un bord d’attaque (BA) du profil aérodynamique, caractérisé en ce que ledit profilé (1) comporte : - une ouverture (4) au niveau dudit bord d’attaque (BA) permettant l’entrée d’air dans l’épaisseur dudit profil aérodynamique ; - une sortie (5) d’air ; et - des moyens de guidage conformés pour guider l’air entrant dans l’épaisseur du profil vers la sortie (5) d’air.
2. 2. Profil aérodynamique d’aéronef selon la revendication 1, dans lequel l’ouverture (4) est constituée d’une unique bouche (41) d’entrée d’air de forme allongée, s’étendant le long du bord d’attaque (BA).
3. 3. Profil aérodynamique d’aéronef selon la revendication 1, dans lequel l’ouverture (4) comporte une pluralité de bouches (41) d’entrée d’air réparties le long du bord d’attaque (BA).
4. 4. Profil aérodynamique d’aéronef selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque bouche (41) d’entrée d’air est prolongée par un conduit (42) longitudinal conformé pour guider l’air entrant dans le profil vers une sortie (5) située à un bord de fuite du profil.
5. 5. Profil aérodynamique d’aéronef selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de guidage comportent un collecteur (43) transversal au profil aérodynamique.
6. 6. Profil aérodynamique d’aéronef selon la revendication 5, dans lequel une sortie (5) d’air est ménagée à une extrémité du collecteur située vers une emplanture du profil.
7. 7. Profil aérodynamique d’aéronef selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel une sortie (5) d’air est ménagée à une extrémité du collecteur opposée à une emplanture du profil.
8. 8. Profil aérodynamique d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel chaque bouche (41) d’entrée d’air est prolongée par un conduit conformé pour guider l’air entrant dans le profil vers un collecteur (43) transversal.
9. 9. Mât (P) supportant un ensemble de propulsion pour aéronef, ledit mât (P) comportant un profil aérodynamique selon l’une des revendications précédentes.
10. 10. Mât (P) selon la revendication 9 comportant un profil aérodynamique selon la revendication 8, dans lequel la sortie (5) d’air ménagée à une extrémité du collecteur opposée à une emplanture du profil constitue pour l’ensemble de propulsion une entrée d’air alimentant une turbine ou un moteur à combustion.
11. 11. Mât (P) selon la revendication 9 comportant un profil aérodynamique selon la revendication 7, dans lequel la sortie (5) d’air ménagée à une extrémité du collecteur opposée à une emplanture du profil constitue pour l’ensemble de propulsion une entrée d’air alimentant un dispositif de refroidissement dudit ensemble de propulsion.
12. 12. Aéronef comportant un mât (P) selon l’une des revendications 9 à 11.
13. 13. Aéronef selon la revendication 12, comportant un ensemble de propulsion du type tractif à hélices (H1, H2) contrarotatives non carénées.
14. 14. Aéronef comportant un fuselage auquel est lié un profil aérodynamique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sortie (5) d’air est reliée au travers de l’emplanture du profil aérodynamique à un dispositif du fuselage (F) pour son alimentation en air.