LU88528A1 - Hydrodynamic structure with variable profile - Google Patents
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Description
L’invention concerne une structure à profil hydrodynamique épais destinée à produire une portance comme par exemple une aile d’avion, une dérive de bateau ou une ailette de turbine. Plus précisément l’invention permet de modifier la forme d’un profil hydrodynamique afin de l’adapter à des conditions variables d’uti1isation.The invention relates to a structure with a thick hydrodynamic profile intended to produce a lift such as, for example, an airplane wing, a boat fin or a turbine fin. More precisely, the invention makes it possible to modify the shape of a hydrodynamic profile in order to adapt it to variable conditions of use.
Le besoin le plus clair de profils variables émane des voiliers. En effet les voiles classiques possèdent la propriété de changer de profil lorsque le bateau vire de bord, la concavité de la voile est inversée au cours de la manoeuvre. La voile possède deux profils dissymétriques (symétriques l’un de l’autre) utilisés l’un à bâbord amure et l’autre à tribord amure. Mais ces deux profils sont minces (l’intrados et l’extrados sont confondus) ils sont très différents en cela des profils épais d’aile d’avion (l’intrados et l’extrados sont di sjoi nts).The clearest need for variable profiles comes from sailboats. Indeed conventional sails have the property of changing profile when the boat veers aboard, the concavity of the sail is reversed during the maneuver. The sail has two asymmetrical profiles (symmetrical one from the other) used one to port tack and the other to starboard tack. But these two profiles are thin (the lower surface and the upper surface are combined) they are very different in this respect from the thick profiles of an airplane wing (the lower surface and the upper surface are different).
Or un profil d’aile d’avion est plus performant qu’un profil mince du point de vue du rapport portance/traînée. Il est donc intéressant de construire des voiles de bateau à profil épais et réversible dans la mesure où le profil tribord amure est différent du profil bâbord amure. Cette voile doit toutefois posséder des caractéristiques classiques: pouvoir être hissée et affalée, pouvoir être réduite en surface (mettre un ris) et plusieures voiles doivent être logeables dans le bateau.However, an aircraft wing profile is more efficient than a thin profile from the point of view of the lift / drag ratio. It is therefore advantageous to build sails with a thick and reversible profile since the starboard tack profile is different from the port tack profile. This sail must however have classic characteristics: being able to be hoisted and lowered, being able to be reduced in surface (to put a reef) and several sails must be roomable in the boat.
L’invention permet de réaliser toutes ces possibilités et se situe dans la lignée des préoccupations des brevets français N ° 2518956 et Ne2539379.The invention makes it possible to realize all of these possibilities and is in line with the concerns of French patents No. 2518956 and Ne2539379.
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Dans le cas d’une aile d’avion la variation souhaitable du profil est généralement plus limitée: il n’est pas nécessaire de rendre le vol d’un avion aussi performant sur le ventre que sur le dos. Mais les caractéristiques recherchées d’une aile d’avion sont différentes en phase de décollage ou d’atterrissage qu’en phase de vol de croisière.In the case of an airplane wing, the desirable variation of the profile is generally more limited: it is not necessary to make the flight of an airplane as efficient on the stomach as on the back. But the desired characteristics of an aircraft wing are different during takeoff or landing than during cruise flight.
En phase de décollage on cherche une forte portance, alors qu’en vol de croisière on cherche surtout une faible traînée. Dans ces deux cas les profils idéaux de l’aile de l’avion sont di fférents.During takeoff, we are looking for a strong lift, while in cruise flight we are looking mainly for a low drag. In these two cases the ideal profiles of the aircraft wing are different.
Actuellement des modifications de rendement de l’aile sont très souvent obtenues avec des volets de courbure qui équipent la plupart des avions modernes. En vol de croisière les volets épousent parfaitement le profil pré-défini par le constructeur. En phase de décollage ou d’atterrissage les volets placés au niveau du bord de fuite pivotent vers le bas. Ceci provoque une variation bénéfique du profil qui devient plus cambré mais dans le même temps le profil devient discontinu ce qui est légèrement défavorable.Currently, wing efficiency modifications are very often obtained with curvature flaps fitted to most modern aircraft. In cruising flight, the flaps perfectly match the profile pre-defined by the manufacturer. During takeoff or landing, the flaps placed at the trailing edge pivot downwards. This causes a beneficial variation in the profile which becomes more arched but at the same time the profile becomes discontinuous which is slightly unfavorable.
L’invention à également pour but de remédier à ce défaut.The invention also aims to remedy this defect.
D’une manière générale la forme la mieux adaptée du profil d’une structure portante hydrodynamique (aile, voile, hélice, etc...) dépend de la vitesse de l’écoulement du fluide sur la surface du profil. Un profil fortement dissymétrique convient aux basses vitesses alors qu’un profil symétrique est plus adapté aux grandes vitesses.In general, the most suitable form of the profile of a hydrodynamic bearing structure (wing, sail, propeller, etc.) depends on the speed of the flow of the fluid on the surface of the profile. A highly asymmetrical profile is suitable for low speeds while a symmetrical profile is more suitable for high speeds.
La présente invention permet de déformer de manière continue un profil d’une forme dissymétrique (par exemple: figure 2) jusqu’à une forme dissymétrique opposée (figure 3) en passant par une forme symétrique (figure 1).The present invention makes it possible to continuously deform a profile of an asymmetrical shape (for example: FIG. 2) to an opposite asymmetrical shape (FIG. 3) passing through a symmetrical shape (FIG. 1).
Pour réaliser cela le bord d’attaque (1) qui est avantageusement de forme cylindrique à base circulaire subit une rotation autour de son axe pour une position inchangée du bord de fuite. Le bord d’attaque est lié de manière rigide à la bordure avant des deux plans de voilure (6a, 6b), sa rotation entraîne leur déplacement de la manière suivante: une petite fraction de la partie avant d’un des plans de voilure (6a ou 6b) est enroulée autour du bord d’attaque (1) tandis qu’une petite fraction de l’autre plan de voilure est déroulée du bord d’attaque. Les entretoises et les nervures jouent alors leur rôle qui est de maintenir un certain volume intérieur à la structure hydrodynamique conforme aux profils souhaités.To achieve this, the leading edge (1) which is advantageously cylindrical in shape with a circular base is rotated about its axis to an unchanged position of the trailing edge. The leading edge is rigidly linked to the front edge of the two sail planes (6a, 6b), its rotation causes their displacement as follows: a small fraction of the front part of one of the sail planes ( 6a or 6b) is wrapped around the leading edge (1) while a small fraction of the other sail plane is unwound from the leading edge. The spacers and the ribs then play their role which is to maintain a certain volume inside the hydrodynamic structure conforming to the desired profiles.
Les entretoises (3) maintiennent un écartement entre les deux plans de voilure (6a, 6b). Les fixations des entretoises sur les plans de voilure laissent possible leur rotation suivant un axe parallèle au bord d’attaque. Ceci afin de permettre /le déplacement des plans de voilure lors de la rotation du bord d’attaque.The spacers (3) maintain a spacing between the two airfoils (6a, 6b). The spacers attached to the sail planes allow their rotation along an axis parallel to the leading edge. This is to allow / move the sail planes during the rotation of the leading edge.
Au besoin des lattes (5) peuvent venir s’appuyer sur les extrémités des entretoises et sur les plans de voilure afin de maintenir avantageusement une courbure continue des plans de voilure.If necessary, the slats (5) can come to bear on the ends of the spacers and on the airfoils in order to advantageously maintain a continuous curvature of the airfoils.
Les nervures (2) maintiennent un écartement entre le bord d’attaque et le bord de fuite tout en laissant possible la rotation du bord d’attaque et les déplacements des entretoises et des plans de voilure.The ribs (2) maintain a spacing between the leading edge and the trailing edge while allowing the rotation of the leading edge and the movements of the spacers and the sail planes.
La rotation du bord d’attaque par rapport aux nervures entraîne donc le déplacement des plans de voilure qui décalent les entretoises. Ceci provoque la déformation du profil. En position neutre (figure 1) le profil est symétrique, en imposant alors une rotation du bord d’attaque dans le sens des aiguilles d’une montre on force le profil à prendre une forme dissymétrique (figure 3), si l’on impose une-rotation dans l’autre sens le profil prend une forme dissymétrique opposée (figure 2).The rotation of the leading edge relative to the ribs therefore causes the displacement of the airfoils which offset the spacers. This causes deformation of the profile. In the neutral position (figure 1) the profile is symmetrical, so by imposing a rotation of the leading edge clockwise, the profile is forced to take an asymmetrical shape (figure 3), if we impose a-rotation in the other direction the profile takes an opposite asymmetrical shape (figure 2).
Lorsque la rotation du bord d’attaque est bloquée les mouvements des plans de voilure, des entretoises et des nervures sont également bloqués et le profil devient relativement rigide. Pour une rigidité plus importante il est souhaitable de bloquer mécaniquement la position des entretoises par rapport aux nervures. La structure possède alors les caractéristiques hydrodynamiques propres au profil particulier qu’elle a adopté.When the rotation of the leading edge is blocked the movements of the sail planes, spacers and ribs are also blocked and the profile becomes relatively rigid. For greater rigidity it is desirable to mechanically block the position of the spacers relative to the ribs. The structure then has the hydrodynamic characteristics specific to the particular profile it has adopted.
Les plans de voilure (6a, 6b) peuvent être aussi bien être composés de matériaux souples comme le sont les voiles de bateau ou de matériaux plus rigides comme le sont les plaques métalliques peu épaisses. La contrainte que l’on doit pouvoir imposer à ces matériaux est d’être déformables de manière à pouvoir être légèrement enroulés autour du bord d’attaque. Par contre les plans de voilure doivent être très peu déformables sous l’action d’un étirement exercé le long d’un axe quelconque contenu dans le plan de voilure.The sail plans (6a, 6b) can also be composed of flexible materials such as boat sails or more rigid materials such as thin metal plates. The constraint that we must be able to impose on these materials is to be deformable so that they can be slightly wound around the leading edge. On the other hand, the sail planes must be very little deformable under the action of a stretch exerted along any axis contained in the sail plan.
Selon l’application plusieurs configurations de réalisation sont possibles tout en conservant le même principe et les mêmes fonctions des différents éléments constitutifs.Depending on the application, several embodiments are possible while retaining the same principle and the same functions of the various constituent elements.
Les deux exemples non limitatifs suivants correspondent à des applications ayant des exigences différentes: une voile de bateau (figures 1 à 6) et une aile ou ailette (figure 8).The following two nonlimiting examples correspond to applications with different requirements: a boat sail (Figures 1 to 6) and a wing or fin (Figure 8).
Dans le cas d’une voile de bateau on utilise une structure pouvant être affalée et séparable du bord d’attaque qui joue également le rôle de mât. /In the case of a boat sail, a structure that can be lowered and separable from the leading edge is used, which also acts as a mast. /
Le bord d’attaque (1) possède deux rails (15a, 15b) sur lesquels les extrémités des plans de voilure (6a, 6b) peuvent être introduites et coulisser afin de hisser la voile (figures 1 à 5). La forme exposée au vent du bord d’attaque dans le profil est avantageusement circulaire afin d’être invariante par rotation. Entre les rails mais du coté non exposé au vent le bord d’attaque présente une gorge destinée à permettre aux nervures deux types de mouvements: coulisser le long du mât (pour hisser et affaler la voile) et laisser libre la rotation du bord d'attaque par rapport aux nervures (entre les deux angles extrêmes pré-définis). Cette gorge sert de guide pour la partie avant des nervures et empêche leur glissement de droite à gauche dans un plan perpendiculaire au bord d’attaque lorsque la partie arrière des nervures est maintenue par une sangle (11, figures 4 et 6).The leading edge (1) has two rails (15a, 15b) on which the ends of the sail planes (6a, 6b) can be inserted and slide in order to hoist the sail (Figures 1 to 5). The shape exposed to the wind from the leading edge in the profile is advantageously circular in order to be invariant by rotation. Between the rails but on the side not exposed to the wind, the leading edge has a groove intended to allow the ribs two types of movement: slide along the mast (to hoist and lower the sail) and allow the rotation of the edge of the attack in relation to the ribs (between the two pre-defined extreme angles). This groove serves as a guide for the front part of the ribs and prevents them from sliding from right to left in a plane perpendicular to the leading edge when the rear part of the ribs is held by a strap (11, Figures 4 and 6).
Les entretoises (3) sont avantageusement composées de deux tiges identiques fixées en leurs extrémités sur un axe ce rotation . Cet axe est commun avec une pièce·d’interface (4) qui permet de relier les tiges avec un plan de voilure. L’espacement entre deux tiges jumelles est constant et permet le passage guidé d’une nervure. Les entretoises bloquent le mouvement des nervures le long d’un axe parallèle au bord d’attaque (3). Les entretoises sont réparties le long du profil et la longueur de chacune correspond localement à l’épaisseur du profil.The spacers (3) are advantageously composed of two identical rods fixed at their ends on an axis this rotation. This axis is common with an interface part (4) which makes it possible to connect the rods with a sail plan. The spacing between two twin rods is constant and allows the guided passage of a rib. The spacers block the movement of the ribs along an axis parallel to the leading edge (3). The spacers are distributed along the profile and the length of each corresponds locally to the thickness of the profile.
le bord de fuite est réduit à une couture des deux plans de voilure sur leur partie arrière sauf au niveau des nervures (figures 4 et 6). A ce niveau le bord de fuite présente une ouverture laissant apparaître une nervure et deux lattes. Les parties arrières de la nervure et des lattes peuvent avantageusement être emprisonnées par une sangle (11) fixée sur un plan de voilure. Cette sangle se referme au moyen d’une boucle de fermeture (12) fixée sur l’autre plan de voilure.the trailing edge is reduced to a seam of the two airfoils on their rear part except at the ribs (Figures 4 and 6). At this level the trailing edge has an opening revealing a rib and two slats. The rear parts of the rib and the slats can advantageously be trapped by a strap (11) fixed on a sail plane. This strap closes by means of a closure loop (12) fixed on the other sail plan.
Pour hisser la voile on utilise le point de têtière qui équipe chaque plan de voilure. Ces points de têtière doivent être hissés de manière symétrique pour éviter un blocage dans les rails. A cette fin les deux câbles, avantageusement fixés par des manilles sur les points de têtière, se rejoignent pour ne former qu’un seul câble sur lequel est exercée la tension nécessaire pour hisser la voile. La distance entre les manilles et le point de regroupement des deux câbles correspond environ à 1 a hauteur du mât.To hoist the sail we use the headrest point which equips each sail plan. These headrest points must be hoisted symmetrically to avoid blocking in the rails. To this end, the two cables, advantageously fixed by shackles on the headrest points, meet to form only one cable on which the tension necessary to hoist the sail is exerted. The distance between the shackles and the point where the two cables meet is approximately 1 at the height of the mast.
Les nervures (2) sont introduites dans la voile par les ouvertures (figure 4) prévues à cet effet et passent entre les tiges jumelles des entretoises jusqu’à venir en butée sur la gorge présente dans le bord d’attaque (figure 3). Un éventuel fourreau peut avantageusement guider la nervure en^re l’ouverture et le bord d’attaque.The ribs (2) are introduced into the sail through the openings (FIG. 4) provided for this purpose and pass between the twin rods of the spacers until they come into abutment on the groove present in the leading edge (FIG. 3). A possible sheath can advantageously guide the rib through the opening and the leading edge.
Les lattes (5) sont introduites par la même ouverture que la nervure correspondante, glissent dans leur fourreau, passent dans les évidements des pièces d’interface (4) des entretoises (figure 7) et viennent en butée au niveau des rails du bord d’attaque. Les lattes ne sont pas nécessairement mises en tension lors de la fermeture de la sangle (11) et peuvent simplement être placées à l’emplacement prévu.The slats (5) are introduced through the same opening as the corresponding rib, slide in their sheath, pass through the recesses of the interface pieces (4) of the spacers (Figure 7) and come into abutment at the rails of the edge d 'attack. The slats are not necessarily tensioned when the strap (11) is closed and can simply be placed in the space provided.
Pour tendre la voile le long du bord d’attaque on utilise le point d’amure présent sur chaque plan de voilure. Lorsque la voile est hissée on exerce une tension entre les points de têtière et les points d’amure.To tension the sail along the leading edge, use the tack on each sail plane. When the sail is hoisted, tension is exerted between the headrest points and the tack points.
Pour tendre la voile le long du bord de fuite on utilise le point d’écoute qui équipe chaque plan de voilure et le point de fixation haut (7) qui équipe le sommet de chaque plan de voilure du coté du bord de fuite. Les points d’écoute sont fixés à la borne et les points de fixation haut sont tendus par un câble (9) coulissant le long du mât.To tension the sail along the trailing edge, use the listening point which equips each sail plan and the high fixing point (7) which equips the top of each sail plan on the side of the trailing edge. The listening points are fixed to the terminal and the top fixing points are stretched by a cable (9) sliding along the mast.
Dans le cas d’une application de type aile, les plans de voilure et les nervures ne sont pas destinés à être amovibles et les lattes ne sont pas nécessaires. Ceci amène un certain nombre de différences dans la réalisation technique.In the case of a wing type application, the sail planes and the ribs are not intended to be removable and the slats are not necessary. This brings a number of differences in the technical realization.
Les plans de voilure peuvent se rejoindre, en leur extrémité coté bord d’attaque, pour ne former qu’une seule surface qui enveloppe le bord d’attaque (figure 8). Ceci permet d’exposer à l’extérieur une surface continue, plus lisse que dans le cas de la voile décrite précédemment et donc plus favorable à un bon écoulement de fluide sur la voilure. Le plan de voilure peut avantageusement être constitué d’un matériau peu souple (par exemple une plaque métallique peu épaisse) permettant d’épouser le profil sans avoir besoin du renfort de lattes ni de mise en tension.The sail planes can join, at their end on the leading edge, to form only one surface which envelops the leading edge (Figure 8). This makes it possible to expose a continuous surface to the outside, smoother than in the case of the sail described above and therefore more favorable for good flow of fluid on the wing. The sail plan can advantageously be made of a material which is not very flexible (for example a thin metal plate) making it possible to match the profile without the need for the reinforcement of slats or of tensioning.
Les nervures sont fixées en leurs extrémités sur des axes de rotation communs au bord d’attaque et au bord de fuite. Au niveau du bord d’attaque, l’axe de rotation peut être un axe quelconque mais l’axe de rotation du bord d’attaque autour de lui même possède un intérêt particulier comme on le verra par la suite. Au niveau du bord de fuite (avantageusement de forme triangulaire isocèle dans le profil) l’axe de rotation pourra être placé au milieu de la partie du bord de fuite intérieure au profil. De plus la hauteur dans le profil de cette partie intérieure pourra avantageusement être de la même longueur que le diamètre du bord d’attaque. Cette disposition possède l’avantage de modifier très peu l’angle d’incidence lorsque le profil de l’aile est modifié en maintenant inchangé la position du plan contenant les nervures.The ribs are fixed at their ends on axes of rotation common to the leading edge and the trailing edge. At the leading edge, the axis of rotation can be any axis but the axis of rotation of the leading edge around itself has a particular interest as we will see later. At the trailing edge (advantageously triangular isosceles in the profile) the axis of rotation can be placed in the middle of the part of the trailing edge inside the profile. In addition, the height in the profile of this interior part can advantageously be the same length as the diameter of the leading edge. This arrangement has the advantage of modifying very little the angle of incidence when the profile of the wing is modified while maintaining unchanged the position of the plane containing the ribs.
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Pour relier l’aile à un support quelconque, des poutres fixées sur les nervures sont avantageusement utilisées. Ces poutres sont placées de manière à ne pas bloquer le déplacement des entretoises ou du plan de voilure et peuvent avoir une orientation parallèle au bord d’attaque. Le changement du profil est alors possible à partir du support en faisant tourner le bord d’attaque. Un système mécanique bloquant le déplacement des nervures par rapport aux entretoises est souhaitable afin de rigidifier la forme du profil choisi. Des mâchoires articulées, fixées sur les entretoises et pouvant se refermer sur les nervures à la manière de freins, pourront avantageusement remplir ce rôle et être actionnées à partir du support.To connect the wing to any support, beams fixed on the ribs are advantageously used. These beams are placed so as not to block the movement of the spacers or the sail plane and can have an orientation parallel to the leading edge. Changing the profile is then possible from the support by rotating the leading edge. A mechanical system blocking the movement of the ribs relative to the spacers is desirable in order to stiffen the shape of the chosen profile. Articulated jaws, fixed on the spacers and able to close on the ribs in the manner of brakes, can advantageously fulfill this role and be actuated from the support.
L’invention sera mieux comprise à l’aide des figures jointes qui correspondent aux deux exemples non limitatifs cités ci-dessus. La numérotation des différents éléments reste la même pour toutes les figures et ceci pour une meilleur lisibilité.The invention will be better understood using the appended figures which correspond to the two nonlimiting examples cited above. The numbering of the different elements remains the same for all the figures and this for better readability.
La figure 1 représente schématiquement le profil d’une voilure conforme à l’invention pour une application de voile de bateau. Le profil est dans une position neutre et symétrique.FIG. 1 schematically represents the profile of a wing according to the invention for a boat sail application. The profile is in a neutral and symmetrical position.
La figure 2 représente schématiquement le profil d’une voilure conforme à l’invention pour une application de voile de bateau. Le profil est dans une position dissymétrique.FIG. 2 schematically represents the profile of a sail according to the invention for a boat sail application. The profile is in an asymmetrical position.
La figure 3 représente schématiquement le profil d’une voilure conforme à l’invention pour une application de voile de bateau. Le profil est dans une position dissymétrique opposée à celle de la figure 2.FIG. 3 schematically represents the profile of a blade according to the invention for a boat sail application. The profile is in an asymmetrical position opposite to that of FIG. 2.
La figure 4 représente schématiquement le sommet d’une voile de bateau associée à la figure 3.FIG. 4 schematically represents the top of a boat sail associated with FIG. 3.
La figure 5 représente schématiquement la partie avant basse d’une voile de bateau associée à la figure 4.FIG. 5 schematically represents the lower front part of a boat sail associated with FIG. 4.
La figure 6 représente schématiquement le bord de fuite au niveau d’une nervure d’une voile de bateau associée à la figure 5 .FIG. 6 schematically represents the trailing edge at the level of a rib of a boat sail associated with FIG. 5.
La figure 7 représente schématiquement une configuration possible des éléments constitutifs d’une entretoise.FIG. 7 schematically represents a possible configuration of the constituent elements of a spacer.
La figure 8 représente schématiquement le profil d’une voilure conforme à l’invention pour une application d’aile ou d’ailette. Le profil est dans une position dissymétrique.FIG. 8 schematically represents the profile of a wing according to the invention for a wing or fin application. The profile is in an asymmetrical position.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| LU88528A LU88528A1 (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Hydrodynamic structure with variable profile |
Applications Claiming Priority (2)
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| LU88528A LU88528A1 (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Hydrodynamic structure with variable profile |
| LU88528 | 1994-09-01 |
Publications (1)
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| LU88528A1 true LU88528A1 (en) | 1996-03-18 |
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Family Applications (1)
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| LU88528A LU88528A1 (en) | 1994-09-01 | 1994-09-01 | Hydrodynamic structure with variable profile |
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