FR3127475A1 - Aeronef et sa mise en œuvre - Google Patents

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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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Abstract

AERONEF ET SA MISE EN ŒUVRE La présente invention concerne un aéronef (1) à voilure fixe comprenant un fuselage (2), deux ailes (4), et deux groupes propulsifs (8) disposés respectivement de part et d’autre du fuselage (2) et en aval des ailes (4), chacun des groupes propulsifs (8) comprenant une nacelle accueillant au moins deux soufflantes non coaxiales, la nacelle ayant au moins une paroi apportant de la portance à l’aéronef (1), l’aéronef (1) étant remarquable en ce que chacun des groupes propulsifs (8) comprend des moyens d’orientation de la direction de la poussée (TR, TL) générée par ses soufflantes, et en ce que la nacelle comprend des parois verticales, la paroi apportant de la portance et les parois verticales étant positionnées en aval du centre de gravité de l’aéronef. L’invention porte également sur différents procédés de mise en œuvre de cet aéronef (1). (Figure à publier avec l'abrégé : Figure 2)

Description

AERONEF ET SA MISE EN ŒUVRE
La présente demande concerne le domaine des aéronefs à voilure fixe et leur mise en œuvre.
Art antérieur
Le document WO 2021/074516 A1 initie une architecture d’aéronef moderne dans laquelle deux nacelles oblongues et portantes sont agencées de part et d’autre du fuselage. Chaque nacelle intègre plusieurs soufflantes mues en rotation par une turbine à gaz, elle-même alimentée en gaz par un compresseur.
Cette conception permet de réduire la traînée aérodynamique et d’augmenter la portance de l’avion, résultant en une diminution de la consommation de carburant. Une marge d’amélioration demeure en ce qui concerne le poids de l’avion et sa maniabilité.
La présente invention a pour objectif de proposer un aéronef bénéficiant des avantages de l’art antérieur en termes de faible traînée et portance accrue mais présentant une meilleure maniabilité et/ou stabilité, et un poids réduit.
L’invention a pour objet un aéronef à voilure fixe comprenant un fuselage, deux ailes, et deux groupes propulsifs disposés respectivement de part et d’autre du fuselage et en aval des ailes, chacun des groupes propulsifs comprenant une nacelle accueillant au moins deux soufflantes non coaxiales, la nacelle ayant au moins une paroi apportant de la portance à l’aéronef, l’aéronef étant remarquable en ce que chacun des groupes propulsifs comprend des moyens d’orientation de la direction de la poussée générée par ses soufflantes, et en ce que la nacelle comprend des parois verticales, les parois étant positionnées en aval du centre de gravité de l’aéronef.
Le fait de rendre possible des variations de l’orientation de la poussée de chaque groupe propulsif permet d’augmenter la maniabilité de l’avion et rend la gouverne d’empennage superflue. Aussi, la surface portante de la nacelle est placée derrière le centre de gravité et contribue ainsi à la stabilité longitudinale de l’aéronef. De la même manière, les cloisons verticales (internes ou d’extrémité) de la nacelle contribuent à la stabilité directionnelle. Ainsi, la fonction de stabilisation de (horizontale et verticale) de l’empennage peut être remplacée par la nacelle. L’empennage devient superflu. La suppression éventuelle de l’empennage supprime la traînée induite par celui-ci, réduit le poids de l’avion et en augmente encore la maniabilité.
Dans la présente demande, la « stabilité » est entendue comme la tendance à retourner à une condition d’équilibre après avoir subi des perturbations. La stabilité est généralement garantie par les surfaces fixes de la nacelle (surfaces portantes inférieure et/ou supérieure et surfaces verticales).
Le « contrôle » ou la « maniabilité » font référence à la capacité à changer la condition d’équilibre. Les variations de moments appliqués à l’avion par le truchement des variations de la direction de la poussée garantissent la bonne maniabilité ou le bon contrôle du mouvement de l’avion.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les moyens d’orientation commandent un pivotement de la direction de la poussée autour d’un axe transversal au fuselage. Lorsque les deux groupes propulsifs fournissent la même puissance et orientent de façon analogue le flux d’air propulsé par les soufflantes autour de l’axe transversal, les groupes propulsifs appliquent sur le fuselage un moment de tangage. Lorsque la puissance et/ou les directions de poussée sont différentes de part et d’autre de l’avion, un moment de roulis et/ou de lacet peut être généré.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les moyens d’orientation commandent un pivotement de la direction de la poussée autour d’un axe perpendiculaire au fuselage et perpendiculaire aux ailes. Il est ainsi possible d’obtenir un moment de lacet.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les moyens d’orientation comprennent des moyens de liaison de la nacelle à l’aile respective et/ou au fuselage, les moyens de liaison étant aptes à modifier la position de la nacelle par rapport à l’aile respective et/ou par rapport au fuselage. Les mouvements de la nacelle peuvent être progressifs et présenter une certaine latence. En modifiant la position des surfaces portantes et des surfaces verticales de la nacelle, qui plus est avec une latence, on agit principalement sur la stabilisation ou l’équilibrage (vent de travers par exemple ou phases d’atterrissage/décollage).
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les moyens d’orientation comprennent un volet disposé en aval des soufflantes, le volet étant pivotable afin de dévier le flux d’air généré par les soufflantes. Les volets peuvent avoir un temps réponse plus rapide que le mouvement de la nacelle et permettent un contrôle plus dynamique de l’appareil.
Il est entendu qu’un groupe propulsif peut comprendre à la fois des volets et permettre les mouvements de la nacelle.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les moyens d’orientation ajustent la direction des flux d’air respectivement générés par chaque soufflante de manière indépendante. A cette fin les nacelles et/ou les volets peuvent être subdivisée en segments à mouvement indépendants. Ceci permet notamment un réglage plus fin de la direction de poussée et des transitions progressives des directions de poussée, résultant en une maniabilité de l’appareil accrue.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les moyens d’orientation permettent de faire varier la direction de la poussée d’un angle compris entre 0 et 90° autour d’un axe transversal et/ou vertical. Ceci permet notamment des décollages/atterrissages sur courte distance, voire verticaux.
Par « courte distance », on entend une distance de quelques mètres à quelques dizaines de mètres.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’aéronef est dépourvu d’empennage.
L’invention a également trait à un procédé de mise en œuvre d’un aéronef, remarquable en ce que l’aéronef est conforme à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus, le procédé comportant une phase de vol lors de laquelle les moyens d’orientation commandent la direction de poussée des groupes propulsifs de manière analogue, générant ainsi un moment de tangage autour d’un axe transversal de l’aéronef afin de manœuvrer l’aéronef autour de l’axe transversal et/ou afin d’équilibrer longitudinalement l’aéronef.
Un moment de tangage peut déjà exister du fait des surfaces portantes de la nacelle, mais l’orientation de la poussée vient l’augmenter ou le diminuer selon les besoins.
L’invention a également trait à un procédé de mise en œuvre d’un aéronef, remarquable en ce que l’aéronef est conforme à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus, le procédé comportant une phase de vol lors de laquelle les moyens d’orientation commandent la direction de poussée des groupes propulsifs selon deux inclinaisons différentes, générant ainsi un moment de roulis autour de l’axe longitudinal afin de manœuvrer l’aéronef autour d’un axe vertical (X) et/ou afin d’équilibrer latéralement l’aéronef.
L’invention a également trait à un procédé de mise en œuvre d’un aéronef, remarquable en ce que l’aéronef est conforme à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus, le procédé comportant une phase de vol lors de laquelle les moyens d’orientation commandent la direction de poussée des groupes propulsifs selon deux inclinaisons différentes générant ainsi un moment de lacet autour de l’axe vertical afin manœuvrer l’aéronef autour d’un axe vertical (Z) et/ou d’équilibrer latéralement l’aéronef (1).
Il est notable que, outre la direction différente de la poussée de chaque côté de l’avion, les différents moments appliqués à l’aéronef peuvent être aussi régulés par une différence de puissance (vitesse de rotation des soufflantes) entre les deux côtés de l’avion.
Par exemple, en combinaison des directions de poussée différentes de part et d’autre de l’avion, ajuster la puissance de la poussée différemment de chaque côté permet de conserver une même composante longitudinale ou une même composante verticale (pour les résultantes respectives de chaque côté) et obtenir ainsi un pur moment de roulis ou un pur moment de lacet.
En supplément des avantages techniques discutés ci-dessus, l’invention est particulièrement avantageuse en ce qu’elle permet une bonne économie de carburant due notamment à l’absence du poids de l’empennage et de la traînée qu’il induit. Aussi, le bas taux de compression des soufflantes permet un bon rendement lors d’un décollage vertical. Le cumul de la portance des parois de nacelle et de l’orientabilité de la poussée permet un réglage fin des forces en présence lors du décollage ou de l’atterrissage. Aussi, en vol, la maniabilité de l’aéronef est accrue, l’orientation de la poussée de chaque soufflante venant assister les volets des ailes et pallier l’absence de la gouverne d’empennage, tandis que les surfaces fixes de la nacelle remplacent la fonction du stabilisateur horizontal de l’empennage.
représente un aéronef selon l’état de la technique ;
montre une vue isométrique d’un exemple d’aéronef selon l’invention ;
montre une vue de côté d’un aéronef selon l’invention ;
montre une vue de dessus d’un aéronef selon l’invention ;
illustre une vue agrandie d’un groupe propulsif ;
illustre une vue de face d’une nacelle ;
représente schématiquement des moyens d’orientation de la poussée ;
montre une vue en coupe d’une nacelle ;
montre une vue en coupe d’une nacelle ;
représente une nacelle segmentée ;
représente une vue arrière d’une nacelle avec volet segmenté.

Claims (11)

  1. Aéronef (1) à voilure fixe comprenant un fuselage (2), deux ailes (4), et deux groupes propulsifs (8) disposés respectivement de part et d’autre du fuselage (2) et en aval des ailes (4), chacun des groupes propulsifs (8) comprenant une nacelle (10) accueillant au moins deux soufflantes (22) non coaxiales, la nacelle (10) ayant au moins une paroi (12, 14) apportant de la portance à l’aéronef (1), l’aéronef (1) étant caractérisé en ce que chacun des groupes propulsifs (8) comprend des moyens (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) d’orientation de la direction de la poussée (TR, TL) générée par ses soufflantes (22), et en ce que la nacelle (10) comprend des parois verticales (16), les parois (12, 14, 16) étant positionnées en aval du centre de gravité (G) de l’aéronef (1).
  2. Aéronef (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) commandent un pivotement de la direction de la poussée (TR, TL) autour d’un axe (Y) transversal au fuselage (2).
  3. Aéronef (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) commandent un pivotement de la direction de la poussée (TR, TL) autour d’un axe (Z) perpendiculaire au fuselage (2) et perpendiculaire aux ailes (4).
  4. Aéronef (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) comprennent des moyens de liaison (18, 20, 26, 28, 30) de la nacelle (10) à l’aile (4) respective et/ou au fuselage (2), les moyens de liaison (18, 20, 26, 28, 30) étant aptes à modifier la position de la nacelle (10) par rapport à l’aile (4) respective et/ou par rapport au fuselage (2).
  5. Aéronef (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) comprennent un volet (34) disposé en aval des soufflantes (22), le volet (34) étant pivotable afin de dévier le flux d’air (F) généré par les soufflantes (22).
  6. Aéronef (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) ajustent la direction des flux d’air (F) respectivement générés par chaque soufflante (22) de manière indépendante.
  7. Aéronef (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) permettent de faire varier la direction de la poussée (TR, TL) d’un angle compris entre 0 et 90° autour d’un axe transversal (Y) et/ou vertical (Z).
  8. Aéronef (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est dépourvu d’empennage.
  9. Procédé de mise en œuvre d’un aéronef (1) caractérisé en ce que l’aéronef est conforme à l’une des revendications 1 à 8, le procédé comportant une phase de vol lors de laquelle les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) commandent la direction de poussée (TR, TL) des groupes propulsifs (8) de manière analogue, générant ainsi un moment de tangage (MT) autour d’un axe transversal (Y) de l’aéronef (1) afin de manœuvrer l’aéronef (1) autour de l’axe transversal (Y) et/ou afin d’équilibrer longitudinalement l’aéronef (1).
  10. Procédé de mise en œuvre d’un aéronef (1) caractérisé en ce que l’aéronef est conforme à l’une des revendications 1 à 8, le procédé comportant une phase de vol lors de laquelle les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) commandent la direction de poussée (TR, TL) des groupes propulsifs (8) selon deux inclinaisons différentes, générant ainsi un moment de roulis (MR) autour de l’axe longitudinal (X) afin de manœuvrer l’aéronef (1) autour d’un axe vertical (X) et/ou afin d’équilibrer latéralement l’aéronef (1).
  11. Procédé de mise en œuvre d’un aéronef (1) caractérisé en ce que l’aéronef est conforme à l’une des revendications 1 à 8, le procédé comportant une phase de vol lors de laquelle les moyens d’orientation (18, 20, 26, 28, 30, 34, 36, 38) commandent la direction de poussée (TR, TL) des groupes propulsifs (8) selon deux inclinaisons différentes générant ainsi un moment de lacet (ML) autour de l’axe vertical (Z) afin manœuvrer l’aéronef (1) autour d’un axe vertical (Z) et/ou d’équilibrer latéralement l’aéronef (1).
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