FR3127477A1 - Groupe propulsif, aeronef et mise en œuvre correspondants - Google Patents

Groupe propulsif, aeronef et mise en œuvre correspondants Download PDF

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Abstract

GROUPE PROPULSIF, AERONEF ET MISE EN ŒUVRE CORRESPONDANTS La présente invention concerne un groupe propulsif pour aéronef à voilure fixe, le groupe propulsif comprenant une nacelle oblongue (10) accueillant au moins deux soufflantes (22) non coaxiales et un volet (26) disposé en aval des soufflantes (22), le volet (26) étant pivotable afin de dévier le flux (F) d’air généré par les soufflantes (22). Le volet (26) peut être un volet unique en aval d’un séparateur (18) de flux et/ou peut être formé de deux volets de tuyère. L’invention concerne également un aéronef muni d’un tel groupe propulsif et des procédés de mise en œuvre d’un tel aéronef. (Figure à publier avec l'abrégé : Figure 4)

Description

GROUPE PROPULSIF, AERONEF ET MISE EN ŒUVRE CORRESPONDANTS
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.
La présente invention a pour objectif de proposer un groupe propulsif pour un aéronef bénéficiant des avantages de l’art antérieur en termes de faible traînée et portance accrue mais permettant une plus grande flexibilité d’utilisation et notamment permettant un décollage et/ou atterrissage vertical ou sur courte distance, et offrant à l’aéronef une meilleure maniabilité.
L’invention a pour objet un groupe propulsif pour aéronef à voilure fixe, le groupe propulsif comprenant une nacelle accueillant au moins deux soufflantes non coaxiales, remarquable en ce que la nacelle comprend un volet disposé en aval des soufflantes, le volet étant pivotable afin de dévier le flux d’air généré par les soufflantes. Ce pivotement permet d’imprimer à la poussée une direction inclinée par rapport à l’horizontale et/ou la verticale.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, la nacelle comprend une paroi inférieure et une paroi supérieure, le volet étant disposé dans le prolongement de la paroi inférieure ou de la paroi supérieure, ou le volet est un premier volet disposé dans le prolongement de la paroi inférieure et la nacelle comprend un second volet disposé dans le prolongement de la paroi supérieure.
Le profil de la nacelle n’est pas de forme sensiblement circulaire mais est plutôt oblong, la nacelle accueillant au moins deux soufflantes non coaxiales. Il peut être prévu un ou deux volets par nacelle (préférentiellement exactement deux volets par nacelle et pivotant autour d’axes parallèles) et/ou un ou deux volets par soufflante (préférentiellement exactement deux volets par soufflante et pivotant autour d’axes parallèles).
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le volet est agencé en aval d’un séparateur scindant le flux d’air généré par chaque soufflante en deux flux. Ainsi, le volet peut être disposé dans une position centrale ou intermédiaire, au cœur du flux. Le flux généré par la soufflante est annulaire et les deux flux issus du séparateur sont semi-cylindriques.
Il est entendu qu’un volet central en aval d’un séparateur peut être combiné à un volet sur une paroi inférieure et/ou un volet sur une paroi supérieure de la nacelle.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le séparateur accueille des conduites d’alimentation en énergie des soufflantes, notamment des conduites de gaz alimentant une turbine respective à chaque soufflante ou des conduites électriques. Le séparateur peut ainsi cumuler deux fonctions.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le volet est composé de plusieurs éléments reliés deux à deux par des pivots. Ceci permet notamment de dévier le flux de manière importante sans trop charger aérodynamiquement le volet, puisque chaque élément reprend une portion de l’effort nécessaire à la déviation du flux.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le volet est subdivisé en segments, chacun des segments étant respectif à une soufflante et étant pilotable indépendamment des autres segments pour dévier le flux d’air en aval de chacune des soufflantes de manière indépendante. Il est ainsi possible d’ajuster la direction du flux (ou la résultante sur tout le groupe propulsif) de façon plus fine, améliorant ainsi la stabilité et la maniabilité de l’aéronef, notamment en décollage ou atterrissage courte distance ou vertical. De manière avantageuse, la continuité de la surface entre deux segments adjacents peut être assurée par des flasques flexibles ou des parois sectionnelles.
Par « courte distance », on entend une distance de quelques mètres à quelques dizaines de mètres.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le volet comprend une surface inférieure et une surface supérieure, et des ailettes pivotables sont agencées sur la surface inférieure et/ou sur la surface supérieure. Les parois supérieure et inférieure peuvent apporter de la portance à l’avion. L’inclinaison des volets peut également participer à la portance en raison de leur impact sur l’orientation de la poussée. Ainsi un réglage fin de la poussée peut être obtenu en cumulant plus ou moins la portance des parois de nacelles et l’orientation des volets.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, le volet permet de dévier le flux généré par la soufflante d’un angle compris entre 0° à 90°. Pour des grandes déviations, par au-delà de 30° ou 45°, le volet peut être composé de plusieurs éléments chacun étant responsable en partie de la déviation du flux.
L’invention porte également sur un aéronef comprenant un fuselage, deux ailes fixes par rapport au fuselage, et deux groupes propulsifs respectivement de part et d’autre du fuselage, remarquable en ce que les groupes propulsifs sont conformes à l’un des modes de réalisation exposés ci-dessus et en ce que le volet pivote autour d’un axe transversal au fuselage.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, la poussée maximale délivrée par la totalité des soufflantes des deux groupes propulsifs est supérieure à la masse maximale au décollage de l’aéronef. Ceci permet un décollage vertical.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, l’aéronef comprend au moins un compresseur délivrant un gaz sous pression, les soufflantes étant entraînées en rotation par le biais d’une turbine à gaz respective. Alternativement, chaque nacelle peut comprendre un turboréacteur assurant lui-même l’alimentation des turbines en gaz comprimé. Alternativement, les soufflantes peuvent être entraînées par des moteurs électriques intégrés aux nacelles.
L’invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre d’un aéronef remarquable en ce que l’aéronef est conforme à l’un des modes de réalisation ci-dessus, le procédé comprenant une phase de décollage vertical ou de décollage courte distance lors de laquelle les volets sont dans une position inclinée par rapport à l’axe des soufflantes respectives, suivie d’une phase transitoire lors de laquelle les volets sont progressivement pivotés, et suivie d’une phase de vol de croisière lors de laquelle les volets sont sensiblement parallèles à l’axe de rotation des soufflantes respectives.
L’invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre d’un aéronef remarquable en ce que l’aéronef est conforme à l’un des modes de réalisation ci-dessus, le procédé comprenant une phase de vol de croisière lors de laquelle les volets sont sensiblement parallèles à l’axe de rotation des soufflantes respectives, suivie d’une phase transitoire lors de laquelle les volets sont progressivement pivotés, et suivie d’une phase d’atterrissage vertical ou d’atterrissage courte distance lors de laquelle les volets sont dans une position inclinée par rapport à l’axe des soufflantes respectives.
L’aéronef de l’invention est ainsi apte au décollage ou à l’atterrissage sur une courte distance. Lors du décollage ou de l’atterrissage, l’inclinaison des volets peut être maximale (par exemple un volet à 90° ou n volets à un angle d’environ 90/n), telle que la poussée soit dirigée sensiblement verticalement.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, les volets sont segmentés et lors de la phase transitoire, les segments de volets sont successivement pivotés.
L’invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre d’un aéronef remarquable en ce que l’aéronef est conforme à l’un des modes de réalisation ci-dessus, le procédé comprenant une phase de virage lors de laquelle au moins un volet d’un côté du fuselage est incliné d’un angle différent d’au moins un autre volet disposé de l’autre côté du fuselage, et préférentiellement l’angle d’inclinaison du volet d’un côté du fuselage est égal à l’opposé de l’angle d’inclinaison du volet disposé de l’autre côté du fuselage.
L’invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre d’un aéronef remarquable en ce que l’aéronef est conforme à l’un des modes de réalisation ci-dessus, la nacelle comprenant une paroi inférieure et une paroi supérieure, le volet étant un premier volet disposé dans le prolongement de la paroi inférieure et la nacelle comprenant un second volet disposé dans le prolongement de la paroi supérieure, le procédé comprenant une étape de déviation du flux généré par les soufflantes lors de laquelle le premier volet et le second volet sont pivotés par rapport à leur paroi respective dans une même direction.
Alternativement, les volets peuvent pivoter dans une direction opposée, le premier volet et le second volet disposant d’une extrémité libre linéaire respective, et le procédé comprenant une étape de fermeture étanche lors de laquelle les extrémités libres respectives sont amenées au contact l’une de l’autre. Dans cette variante (non illustrée), les volets peuvent pivoter l’un vers l’autre jusqu’à l’obturation du passage de l’air, le flux étant alors redirigé vers des orifices de la nacelle inversant ainsi la poussée (par exemple lors d’un atterrissage).
En supplément des avantages techniques discutés ci-dessus, l’invention est particulièrement avantageuse en ce qu’elle permet une bonne économie de carburant : 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, lors d’une phase de vol, la maniabilité de l’aéronef est accrue, l’orientation de la poussée de chaque soufflante venant assister les organes de manœuvres traditionnels.
L’invention est adaptable aux avions existants car elle ne requiert pas de modification d’une aile ou d’un fuselage standard.
représente un aéronef selon l’invention ;
montre une vue agrandie d’un groupe propulsif ;
illustre une vue en coupe d’une nacelle selon un mode de réalisation de l’invention ;
illustre une vue en coupe d’une nacelle selon un mode de réalisation de l’invention ;
illustre une vue en coupe d’une nacelle selon un mode de réalisation de l’invention ;
montre un volet selon un mode de réalisation de l’invention ;
illustre une vue arrière d’une nacelle avec volets segmentés.

Claims (16)

  1. Groupe propulsif (8) pour aéronef (1) à voilure fixe, le groupe propulsif (8) comprenant une nacelle (10) accueillant au moins deux soufflantes (22) non coaxiales, caractérisé en ce que la nacelle (10) comprend un volet (26) disposé en aval des soufflantes (22), le volet (26) étant pivotable afin de dévier le flux d’air généré par les soufflantes (22).
  2. Groupe propulsif (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nacelle (10) comprend une paroi inférieure (12) et une paroi supérieure (14),
    le volet (26) étant disposé dans le prolongement de la paroi inférieure (12) ou de la paroi supérieure (14), ou
    le volet (26) est un premier volet disposé dans le prolongement de la paroi inférieure (12) et la nacelle (10) comprend un second volet (26) disposé dans le prolongement de la paroi supérieure (14).
  3. Groupe propulsif (8) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volet (26) est agencé en aval d’un séparateur (18) scindant le flux (F) d’air généré par chaque soufflante en deux flux (F1, F2).
  4. Groupe propulsif (8) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le séparateur (18) accueille des conduites (19) d’alimentation en énergie des soufflantes (22), notamment des conduites de gaz alimentant une turbine respective à chaque soufflante (22) ou des conducteurs électriques.
  5. Groupe propulsif (8) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (26) est composé de plusieurs éléments (30, 32, 34) reliés deux à deux par des pivots (28.1, 28.2).
  6. Groupe propulsif (8) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (26) est subdivisé en segments (26.3, 26.4, 26.5, 26.6), chacun des segments (26.3, 26.4, 26.5, 26.6) étant respectif à une soufflante (22) et étant pilotable indépendamment des autres segments (26.3, 26.4, 26.5, 26.6) pour dévier le flux d’air (F) en aval de chacune des soufflantes (22) de manière indépendante.
  7. Groupe propulsif (8) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (26) comprend une surface inférieure (26.1) et une surface supérieure (26.2), et des ailettes (36) pivotables sont agencées sur la surface inférieure (26.1) et/ou sur la surface supérieure (26.2).
  8. Groupe propulsif (8) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet (26) permet de dévier le flux (F) généré par la soufflante d’un angle (α) compris entre 0° à 90°.
  9. Aéronef (1) comprenant un fuselage (2), deux ailes (4) fixes par rapport au fuselage (2), et deux groupes propulsifs (8) respectivement de part et d’autre du fuselage (2), caractérisé en ce que les groupes propulsifs (8) sont conformes à l’une des revendications précédentes et en ce que le volet (26) pivote autour d’un axe (Y) transversal au fuselage (2).
  10. Aéronef (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la poussée maximale délivrée par la totalité des soufflantes (22) des deux groupes propulsifs (8) est supérieure à la masse maximale au décollage de l’aéronef (1).
  11. Procédé de mise en œuvre d’un aéronef (1) caractérisé en ce que l’aéronef (1) est conforme à l’une des revendications 9 ou 10, le procédé comprenant une phase de décollage vertical ou de décollage courte distance lors de laquelle les volets (26) sont dans une position inclinée par rapport à l’axe (22.1) des soufflantes (22) respectives, suivie d’une phase transitoire lors de laquelle les volets (26) sont progressivement pivotés, et suivie d’une phase de vol de croisière lors de laquelle les volets (26) sont sensiblement parallèles à l’axe de rotation (22.1) des soufflantes (22) respectives.
  12. Procédé de mise en œuvre d’un aéronef (1) caractérisé en ce que l’aéronef (1) est conforme à l’une des revendications 9 ou 10, le procédé comprenant une phase de vol de croisière lors de laquelle les volets (26) sont sensiblement parallèles à l’axe de rotation (22.1) des soufflantes (22) respectives, suivie d’une phase transitoire lors de laquelle les volets (26) sont progressivement pivotés, et suivie d’une phase d’atterrissage vertical ou d’atterrissage courte distance lors de laquelle les volets (26) sont dans une position inclinée par rapport à l’axe (22.1) des soufflantes (22) respectives.
  13. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les volets (26) sont segmentés et en ce que lors de la phase transitoire, les segments (26.3, 26.4, 26.5, 26.6) de volets (26) sont successivement pivotés.
  14. Procédé de mise en œuvre d’un aéronef (1) caractérisé en ce que l’aéronef (1) est conforme à l’une des revendications 9 ou 10, le procédé comprenant une phase de virage lors de laquelle au moins un volet (26) d’un côté du fuselage (2) est incliné d’un angle différent d’au moins un autre volet (26) disposé de l’autre côté du fuselage (2), et préférentiellement l’angle d’inclinaison du volet (26) d’un côté du fuselage (2) est égal à l’opposé de l’angle d’inclinaison du volet (26) disposé de l’autre côté du fuselage (2).
  15. Procédé de mise en œuvre d’un aéronef (1) caractérisé en ce que l’aéronef (1) est conforme à l’une des revendications 9 ou 10, la nacelle (10) comprenant une paroi inférieure (12) et une paroi supérieure (14), le volet (26) étant un premier volet (26) disposé dans le prolongement de la paroi inférieure (12) et la nacelle comprenant un second volet (26) disposé dans le prolongement de la paroi supérieure (14), le procédé comprenant une étape de déviation du flux (F) généré par les soufflantes (22) lors de laquelle le premier volet (26) et le second volet (26) sont pivotés par rapport à leur paroi respective (12, 14) dans une même direction.
  16. Procédé de mise en œuvre d’un aéronef (1) caractérisé en ce que l’aéronef (1) est conforme à l’une des revendications 9 ou 10, la nacelle (10) comprenant une paroi inférieure (12) et une paroi supérieure (14), le volet (26) étant un premier volet (26) disposé dans le prolongement de la paroi inférieure (12) et la nacelle comprenant un second volet (26) disposé dans le prolongement de la paroi supérieure (14), le procédé comprenant une étape de déviation du flux (F) généré par les soufflantes (22) lors de laquelle le premier volet (26) et le second volet (26) sont pivotés par rapport à leur paroi respective (12, 14) dans une direction opposée, le premier volet (26) et le second volet (26) disposant d’une extrémité libre linéaire respective, et le procédé comprenant une étape de fermeture étanche lors de laquelle les extrémités libres respectives sont amenées au contact l’une de l’autre.
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