FR3094342A1 - Structure aérodynamique d’écoulement laminaire. - Google Patents

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Abstract

- Structure aérodynamique d’écoulement laminaire. - La structure aérodynamique d’écoulement laminaire comprend un corps d’écoulement (2) et un bord d’attaque (3) destiné à faire face à un écoulement circulant selon un sens d’écoulement (4), le bord d’attaque (3) étant mobile et comprenant une position rétractée dans laquelle le bord (23) de chacune de deux surfaces d’écoulement (21) du corps d’écoulement (2) est joint respectivement à un bord (33) de chacune de deux surfaces d’écoulement (31) du bord d’attaque (3) selon une ligne de jonction (41) présentant au moins une portion inclinée (43) d’un angle (α) strictement inférieur à 90° par rapport au sens d’écoulement (4). L’inclinaison d’au moins une portion (43) de la ligne de jonction (41) permet de réduire la traînée et donc de garder un écoulement laminaire sur une grande partie des surfaces extérieure de la structure aérodynamique. Figure pour l'abrégé : Fig. 6

Description

Structure aérodynamique d’écoulement laminaire.
La présente invention concerne le domaine des structures d’écoulement. Plus particulièrement, elle concerne une structure d’écoulement laminaire.
Une structure aérodynamique d’écoulement peut correspondre à une aile d’aéronef ou toute autre structure plane configurée pour subir un écoulement de fluide, tel qu’un écoulement d’air. Une structure aérodynamique d’écoulement laminaire signifie que cette structure présente un profil permettant de maintenir un écoulement laminaire sur une grande partie de sa surface.
Dans le cas d’une aile d’aéronef, une aile dite laminaire présente plusieurs avantages. Elle permet de réduire la traînée (« drag » en anglais), et de réduire la consommation de carburant. Afin de maintenir un écoulement laminaire dans un pourcentage élevé de sa corde, l’aile laminaire possède un bord d’attaque dont le rayon de courbure est petit par rapport à une aile dite turbulente. Par conséquent, une aile laminaire a un angle d’attaque maximum plus faible que l’angle d’attaque maximum d’une aile turbulente. Elle peut donc être soumise à des décrochages brusques. Pour pallier ces inconvénients, le bord d’attaque de l’aile laminaire est équipé d’un bec de bord d’attaque (« leading edge slat » en anglais) permettant d’augmenter la portance maximale de l’aile pour diminuer la vitesse de décrochage.
Ce bec de bord d’attaque est mobile. En vol de croisière, le bec de bord d’attaque se trouve dans une position rétractée dans laquelle les surfaces extérieures du bord d’attaque sont au même niveau que les surfaces extérieures du reste de l’aile afin de reconstituer un écoulement laminaire sur le reste de l’aile. Or, en raison de tolérances de fabrication et d’assemblage de l’aile et également à cause de forces aérodynamiques s’appliquant sur l’aile, des marches dues à un décalage entre les surfaces extérieures du bec de bord d’attaque et des surfaces extérieures du reste de l’aile peuvent apparaître. S’il apparaît trop de marches, l’écoulement laminaire est perturbé. L’écoulement passe alors d’un régime laminaire à un régime turbulent au niveau des marches. Dans ce cas, les avantages de l’aile laminaire ne pourront plus exister.
La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant une structure aérodynamique d’écoulement laminaire possédant un bec de bord d’attaque mobile qui garde un écoulement laminaire sur une grande partie des surfaces extérieures du reste de l’aile.
À cet effet, l’invention concerne une structure aérodynamique d’écoulement laminaire comprenant un corps d’écoulement et un bord d’attaque destiné à faire face à un écoulement circulant selon un sens d’écoulement, le corps d’écoulement comportant deux premières surfaces d’écoulement, chacune des premières surfaces d’écoulement comprenant un bord, le bord d’attaque comportant deux deuxièmes surfaces d’écoulement, chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement comprenant un bord, le bord d’attaque étant mobile alternativement entre, d’une part, une position rétractée dans laquelle le bord de chacune des premières surfaces d’écoulement est joint respectivement à un bord de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement selon une ligne de jonction et, d’autre part, une position déployée dans laquelle le bord de chacune des premières surfaces d’écoulement et le bord de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement sont disjoints
Selon l’invention, la ligne de jonction présente au moins une portion inclinée d’un angle strictement inférieur à 90° par rapport au sens d’écoulement.
Ainsi, grâce à l’inclinaison d’au moins une partie de la ligne de jonction, la traînée est réduite. Cela a pour conséquence que l’écoulement sur les surfaces de la structure aérodynamique reste laminaire sur une grande partie de cette surface après la ligne de jonction.
Avantageusement, la ligne de jonction présente une forme variable présentant une pluralité de portions inclinées se répétant successivement.
De façon non limitative, la ou les portions inclinées sont inclinées d’un angle inférieur à 60° par rapport au sens d’écoulement.
Selon un mode de réalisation, la forme variable correspond à une sinusoïde.
Selon un autre mode de réalisation, la forme variable correspond à une forme en dents de scie.
Selon une particularité, le bord de chacune des premières surfaces d’écoulement présente une arête arrondie.
Selon une autre particularité, le bord de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement présente une arête arrondie.
De plus, la ligne de jonction présente au moins un espacement entre le bord de chacune des premières surfaces d’écoulement et le bord de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement, le ou les espacements étant situés entre les portions inclinées de la ligne de jonction.
De plus, la structure aérodynamique d’écoulement laminaire comprend un dispositif d’aspiration configuré pour aspirer au moins une partie de l’écoulement à travers le ou les espacements.
L’invention concerne également un aéronef, notamment un avion de transport, comportant au moins une structure aérodynamique d’écoulement laminaire, tel que décrit ci-dessus.
L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 représente une vue en perspective d’un aéronef comprenant au moins une aile correspondant à une structure aérodynamique d’écoulement laminaire.
La figure 2a représente une coupe transversale d’une aile d’aéronef comprenant un bord d’attaque rétracté.
La figure 2b représente une coupe transversale d’une aile d’aéronef comprenant un bord d’attaque déployé.
La figure 3 représente une coupe transversale schématique d’une aile d’aéronef avec le bord d’attaque rétracté.
La figure 4a représente un détail de la figure 3 dont une marche qui fait face au sens d’écoulement de la jonction entre la surface d’écoulement et la surface d’écoulement 2. La figure 4b représente un détail de la figure 3 dont une marche orientée dans le sens d’écoulement de la jonction entre la surface d’écoulement et la surface d’écoulement.
La figure 5a représente un détail de la figure 3 dont une marche qui fait face au sens d’écoulement de la jonction entre la surface d’écoulement et la surface d’écoulement. La figure 5b représente un détail de la figure 3 dont une marche orientée dans le sens d’écoulement de la jonction entre la surface d’écoulement et la surface d’écoulement.
La figure 6 représente une vue en perspective d’un mode de réalisation de la ligne de jonction.
La figure 7a représente une coupe transversale selon une ligne A-A de la figure 6 quand la surface d’écoulement du corps d’écoulement est plus haute que la surface d’écoulement du bord d’attaque.
La figure 7b, représente une coupe transversale selon une ligne B-B de la figure 6 quand la surface d’écoulement du corps d’écoulement est plus haute que la surface d’écoulement du bord d’attaque.
La figure 8a représente une coupe transversale selon une ligne A-A de la figure 6 quand la surface d’écoulement du corps d’écoulement est plus basse que la surface d’écoulement du bord d’attaque.
La figure 8b, représente une coupe transversale selon une ligne B-B de la figure 6 quand la surface d’écoulement du corps d’écoulement est plus basse que la surface d’écoulement du bord d’attaque.
La figure 9a représente une vue en perspective d’un mode de réalisation de la ligne de jonction lorsque la surface d’écoulement du bord d’attaque est au même niveau que la surface d’écoulement du corps d’écoulement.
La figure 9b représente une coupe transversale selon une ligne A-A de la figure 9a.
L a figure 9c représente une coupe transversale selon une ligne B-B de la figure 9a.
La figure 10a représente une vue en perspective d’un mode de réalisation de la ligne de jonction lorsque la surface d’écoulement du bord d’attaque est plus basse que la surface d’écoulement du corps d’écoulement.
La figure 10b représente une coupe transversale selon une ligne A-A de la figure 10a.
La figure 10c représente une coupe transversale selon une ligne B-B de la figure 10a.
La figure 11a représente une vue en perspective d’un mode de réalisation de la ligne de jonction lorsque la surface d’écoulement du bord d’attaque est plus haute que la surface d’écoulement du corps d’écoulement.
La figure 11b représente une coupe transversale selon une ligne A-A de la figure 11a.
La figure 11c représente une coupe transversale selon une ligne B-B de la figure 11a.
La structure aérodynamique d’écoulement laminaire 1 selon l’invention, comprend un corps d’écoulement 2 et un bec de bord d’attaque 3 destiné à faire face à un écoulement circulant selon un sens d’écoulement 4.
Pour plus de clarté dans la suite de la description, le bec de bord d’attaque est appelé « bord d’attaque » et la structure aérodynamique d’écoulement laminaire est appelée « structure ». La figure 1 représente un exemple de structure 1. Dans la figure 1, la structure 1 correspond à une aile d’un aéronef AC, en particulier d’un avion de transport. La structure 1 peut également correspondre à toute surface portante ou même à une partie d’un empennage horizontal de l’aéronef AC.
Le corps d’écoulement 2 comporte deux surfaces d’écoulement 21, 22. Dans le cas d’une aile d’aéronef AC, les deux surfaces d’écoulement 21 et 22 correspondent à l’extrados et l’intrados, respectivement. Chacune des surfaces d’écoulement 21, 22 comprend un bord 23 24. Le bord d’attaque 3 comporte deux surfaces d’écoulement 31, 32. Chacune des surfaces d’écoulement 31, 32 comprend un bord 33, 34. Le bord d’attaque 3 est mobile alternativement entre, d’une part, une position rétractée (figure 2a) dans laquelle le bord 23, 24 de chacune des surfaces d’écoulement 21, 22 est joint respectivement à un bord 33, 34 de chacune des surfaces d’écoulement 31, 32 selon une ligne de jonction 41, 42 et, d’autre part, une position déployée (figure 2b) dans laquelle le bord 23, 24 de chacune des surfaces d’écoulement 21, 22 et le bord 33, 34 de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement 31, 32 sont disjoints. Ainsi, dans la position rétractée, une ligne de jonction 41 existe entre la surface d’écoulement 31 et la surface d’écoulement 21 et une ligne de jonction 42 existe entre la surface d’écoulement 32 et la surface d’écoulement 22 (figure 3).
La ligne de jonction 41, 42 présente au moins une portion inclinée 43 d’un angle α strictement inférieur à 90° par rapport au sens d’écoulement 4 (figures 6, 9a, 10a, 11a). Cela signifie que l’angle α existant entre le sens d’écoulement 4 et la ou les portions inclinées est strictement inférieur à 90° et est supérieur ou égal à 0°.
Avantageusement, la ligne de jonction 41, 42 présente une forme variable présentant une pluralité portions inclinées 43 se répétant successivement.
Selon un mode de réalisation (figures 6, 9a, 10a, 11a), la forme variable correspond à une sinusoïde.
Selon un autre mode de réalisation (non représenté), la forme variable correspond à une forme en dents de scie.
De façon non limitative, la ou les portions inclinées 43 sont inclinées d’un angle α inférieur à 60° par rapport au sens d’écoulement 4 (figure 6). De préférence, l’angle α est inférieur à 45°.
L’inclinaison de la jonction 41, 42 par rapport au sens d’écoulement 4 permet de réduire la traînée par rapport à une jonction perpendiculaire au sens d’écoulement 4. Ainsi, l’écoulement reste laminaire après la ligne de jonction sur une grande partie des surfaces extérieures de la structure aérodynamique 1. En outre, la tolérance de hauteur de marche entre l’angle d’attaque et le corps d’écoulement peut être plus importante.
Dans la cas d’une aile laminaire d’aéronef AC, l’écoulement de l’air sur l’aile reste laminaire sur une grande partie des surfaces extérieures de l’aile, même après la ligne de jonction 41, 42 entre le bord d’attaque 3 et le reste de l’aile 2.
La figure 4a représente une marche qui fait face au sens d’écoulement 4 de la jonction 41 entre la surface d’écoulement 3 et la surface d’écoulement 2. La figure 4b représente une marche orientée dans le sens d’écoulement 4 de la jonction 41 entre la surface d’écoulement 3 et la surface d’écoulement 2. La figure 5a représente une marche qui fait face au sens d’écoulement 4 de la jonction 42 entre la surface d’écoulement 3 et la surface d’écoulement 2. La figure 5b représente une marche orientée dans le sens d’écoulement 4 de la jonction 42 entre la surface d’écoulement 3 et la surface d’écoulement 2.
Avantageusement, le bord 23, 24 de chacune des surfaces d’écoulement 21, 22 présente une arête arrondie 25.
De même, le bord 33, 34 de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement 31, 32 présente une arête arrondie 35 (figure 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 9c, 10a, 10b, 10c, 11a, 11b, 11c).
Une arête arrondie permet d’empêcher l’apparition de tourbillons (« vortex » en anglais). Ainsi, l’arête arrondie 25, 35 contribue à ce que l’écoulement reste laminaire après la ligne de jonction 41, 42.
De préférence, la ligne de jonction 41, 42 présente au moins un espacement 5 entre le bord 23, 24 de chacune des surfaces d’écoulement 21, 22 et le bord 33, 34 de chacune des surfaces d’écoulement 31, 32. Le ou les espacements 5 sont situés entre les portions inclinées 43 de la ligne de jonction 41, 42. Ainsi, lorsque la jonction correspond à une forme variable sinusoïdale, les espacements 5 sont situés entre les portions inclinées 43 au niveau des sommets et des creux de la sinusoïde.
Comme sur la figure 6, les espacements 5 peuvent être formés en réduisant la hauteur des sommets et des creux de la sinusoïde du bord 23, 24, 33, 34 d’une des deux surfaces d’écoulement 12, 22, 31, 32. Sur la figure 6, les sommets et les creux sont réduits pour le bord 33 du bord d’attaque 3. Seules les portions inclinées 43 du bord 33 du bord d’attaque 3 sont ajustées aux portions inclinées 43 du bord 23 du corps d’écoulement 2.
Ces espacements 5 sont configurés pour servir de zones d’aspiration locales au niveau de portions de courbes sensiblement perpendiculaires au sens d’écoulement 4. Ces zones d’aspiration locales permettent d’empêcher l’apparition de tourbillons. Ainsi, ces espacement 5 contribuent à ce que l’écoulement reste laminaire après la ligne de jonction 41, 42, en particulier dans des portions de ligne de jonction 41, 42 sensiblement perpendiculaires au sens d’écoulement 4.
La structure 1 peut comprend un dispositif d’aspiration 6 configuré pour aspirer au moins une partie de l’écoulement à travers le ou les espacements 5 (figure 8a).

Claims (10)

  1. Structure aérodynamique d’écoulement laminaire (1) comprenant un corps d’écoulement (2) et un bord d’attaque (3) destiné à faire face à un écoulement circulant selon un sens d’écoulement (4), le corps d’écoulement (2) comportant deux premières surfaces d’écoulement (21, 22), chacune des premières surfaces d’écoulement (21, 22) comprenant un bord (23, 24), le bord d’attaque (3) comportant deux deuxièmes surfaces d’écoulement (31, 32), chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement (31, 32) comprenant un bord (33, 34), le bord d’attaque (3) étant mobile alternativement entre, d’une part, une position rétractée dans laquelle le bord (23, 24) de chacune des premières surfaces d’écoulement (21, 22) est joint respectivement à un bord (33, 34) de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement (31, 32) selon une ligne de jonction (41, 42) et, d’autre part, une position déployée dans laquelle le bord (23, 24) de chacune des premières surfaces d’écoulement (21, 22) et le bord (33, 34) de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement (31, 32) sont disjoints,
    caractérisée en ce que la ligne de jonction (41, 42) présente au moins une portion inclinée (43) d’un angle (α) strictement inférieur à 90° par rapport au sens d’écoulement (4).
  2. Structure selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que la ligne de jonction (41, 42) présente une forme variable présentant une pluralité de portions inclinées (43) se répétant successivement.
  3. Structure selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2,
    caractérisée en ce que la ou les portions inclinées (43) sont inclinées d’un angle (α) inférieur à 60° par rapport au sens d’écoulement (4).
  4. Structure selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3,
    caractérisée en ce que la forme variable correspond à une sinusoïde.
  5. Structure selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3,
    caractérisée en ce que la forme variable correspond à une forme en dents de scie.
  6. Structure selon l’une quelconque des revendications 1 à 5,
    caractérisée en ce que le bord (23, 24) de chacune des premières surfaces d’écoulement (21, 22) présente une arête arrondie (25).
  7. Structure selon l’une quelconque des revendications 1 à 6,
    caractérisée en ce que le bord (33, 34) de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement (31, 32) présente une arête arrondie (35).
  8. Structure selon l’une quelconque des revendications 1 à 7,
    caractérisée en ce que la ligne de jonction (41, 42) présente au moins un espacement (5) entre le bord (23, 24) de chacune des premières surfaces d’écoulement (21, 22) et le bord (33, 34) de chacune des deuxièmes surfaces d’écoulement (31, 32), le ou les espacements (5) étant situés entre les portions inclinées (43) de la ligne de jonction (41, 42).
  9. Structure selon la revendication 8,
    caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif d’aspiration (6) configuré pour aspirer au moins une partie de l’écoulement à travers le ou les espacements (5).
  10. Aéronef,
    caractérisé en ce qu’il comprend au moins une structure aérodynamique d’écoulement laminaire (1), telle que celle spécifiée dans l’une quelconque des revendications 1 à 9.
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Citations (6)

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