WO2000001580B1 - Spiral cylindrical wing tip - Google Patents

Spiral cylindrical wing tip

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Abstract

The invention concerns a device in the form of a spiral cylindrical cavity, mobile or fixed, capable of being adapted to the tip of all carrier profiles, in particular to aeroplanes and gliders or craft requiring lifting capacity in its displacement, for reducing induced drag, increasing thrust and reaching in flight or lift, low speed levels with wide angles of incidence and high speed levels in cruising degree. The invention enables to use for similar performances or for initial performances weaker traction systems for longer and faster flights using less fuel and/or using larger loads. Moreover, said device enables to considerably and artificially increase a wing extension while preserving the same profile and the initial aerodynamics of an aeroplane in flight or of a levitating craft using lifting capacity up to subsonic speed.

Claims

REVENDICATIONS MODIFIEES AMENDED CLAIMS
[reçues par le Bureau international le 17 janvier 2000 (17.01.00); revendications originales 1 , 3-8, 10, 12 et 13 modifiées, autres revendications inchangées (4 pages)][received by the International Bureau on January 17, 2000 (17.01.00); original claims 1, 3-8, 10, 12 and 13 as amended, other claims unchanged (4 pages)]
1) Dispositif de réduction de la traînée induite fixé à 1 ' extrémité ^ de toutes surfaces portantes en déplacement, profilées ou non, à l'instar d'une aile, d'une pale ou d'autres allongements et effilements d'une surface transformant le tourbillon marginal^ 10) dit Vortex en un flux éjecté (21) linéaire; caractérisé en ce qu'il a la forme, vu de face, d'une cavité cylindrique en spirale(7) centripète(23) de diamètre D adapté et enroulée du coté de 1 ' emplanture vers 1 ' intrados ( 6 ) , ceci laisse apparaître un écartement E adapté, fixe ou mobile, à la gestion de l'épaisseur de la surpression( 27 ) du flux induit d ' intrados ( 6 ) qui passe entre la tangente(26) de la spirale parallèle à l 'intrados ( 6) et 1 ' intrados ( 6 ) ; vu de profil à l'avant, l'entrée du dispositif est biseautée( 11 ) à partir du haut, d'un angle adapté vers l'arrière pour faciliter la pénétration du/au vent relatif(12) aux petits, moyens et grands angles d'incidence; la profondeur du dispositif dépasse le bord de fuite (2).de l'aile(4) d'une longueur L adaptée pour permettre d'échapper aux possibles formations de Vortex résiduelles; ces deux flux, linéaire et induit, se canalisent pour ne donner qu'un seul flux linéaire. La forme du dispositif peut être modifiée, bord marginal et extérieur compris, en fonction des vitesses par rapport à l'allongement et effilement de la surface alaire, dans le fluide liquide ou gazeux dans lequel il se déplace.1) A reduction in induced drag secured to one end ^ of all airfoils displacement, profiled or not, like a wing, a blade or other elongations and a surface tapers transforming the marginal vortex ^ 10) called Vortex into a linear ejected flow (21); characterized in that it has the shape, seen from the front, of a cylindrical spiral cavity (7) centripetal (23) of diameter D adapted and wound on the side of the root towards the lower surface (6), this leaves appear a spacing E suitable, fixed or mobile, for managing the thickness of the overpressure (27) of the induced flow of lower surface (6) which passes between the tangent (26) of the spiral parallel to the lower surface (6 ) and the lower surface (6); seen in profile at the front, the entry of the device is bevelled (11) from the top, of a suitable angle towards the rear to facilitate the penetration of / relative wind (12) to small, medium and large angles of incidence; the depth of the device exceeds the trailing edge (2) .of the wing (4) of a length L adapted to allow escape from possible residual Vortex formations; these two flows, linear and induced, are channeled to give only one linear flow. The shape of the device can be modified, marginal edge and outside included, depending on the speeds relative to the elongation and taper of the wing surface, in the liquid or gaseous fluid in which it moves.
2) Dispositif selon la revendication n°l caractérisé en ce qu'il peut être fixe ou mobile et qu'en réduisant la traînée induite, il augmente la poussée et augmente artificiellement l'allongement d'une aile en conservant son même profil, sa forme et son aérodynamique d'aile initiale.2) Device according to claim No. l characterized in that it can be fixed or mobile and that by reducing the induced drag, it increases the thrust and artificially increases the elongation of a wing while maintaining its same profile, its shape and its initial wing aerodynamics.
3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il peut être monobloc et solidaire de l'aile ou mobile tout aussi solidaire de l'aile selon les paramètres utilisés. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, permettant d'aborder au vent relatif des angles d'attaque importants aux basses vitesses et permettre ainsi l'alimentation constante du flux d'air du/au vent relatif (12). En prenant comme référence la corde de profil(3) côté bord d'attaque(l) vers le bord de fuite(2) , cet angle peut atteindre 173) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it can be in one piece and integral with the wing or mobile just as integral with the wing according to the parameters used. 4) Device according to any one of the preceding claims, making it possible to approach in the relative wind significant angles of attack at low speeds and thus allow the constant supply of the air flow from / to the relative wind (12). Taking as a reference the profile rope (3) on the leading edge side (l) towards the trailing edge (2), this angle can reach 17
45° voire plus si cela est nécessaire ou si l'avion peut se permettre de plus grandes incidences de vol, caractérisé en ce que du saumon d'aile ou bord marginal vers 1 ' emplanture bord d'attaque à droite, l'entrée du dispositif est taillée en biseau(11) à partir du bord d'attaque(l) vers le bas et vers le bord de fuite(2.45 ° or more if this is necessary or if the aircraft can afford greater incidences of flight, characterized in that the wing salmon or marginal edge towards the root leading edge on the right, the entry of the device is cut bevel (11) from the leading edge (l) downwards and towards the trailing edge (2.
5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes , permettant d'absorber la surpression d'intrados de l'aile, nuisible au vol, caractérisé en ce que, enroulée centripète(23) vers 1 ' intrados ( 6 ) de l'aile. La fin de la spirale de la cavité cylindrique(7 ) est représentée par sa tangente (26) parallèle à 1 ' intrados ( 6 ) . L'espace entre le début et la fin de la spirale détermine 1 ' épaisseur(27 ) du flux d'air. Ceci en ce que la surpression(9 ) provenant de 1 ' intrados ( 6 ) puisse s ' engouffrer dans cette fente longitudinale sans refoulement. Cette épaisseur de flux d'air(27) provenant de 1 ' intrados ( 6 ) détermine un espacement d'écoulement. Cet écoulement linéaire en surpression(9 ) passe entre la tangente(26) du bord de l'extrémité de la fin de la spirale et 1 ' intrados ( 6 ) de 1 ' aile vers le début de la spirale .5) Device according to any one of the preceding claims, for absorbing the overpressure of the lower surface of the wing, harmful to theft, characterized in that, wound centripetal (23) towards 1 'lower surface (6) of the wing. The end of the spiral of the cylindrical cavity (7) is represented by its tangent (26) parallel to the lower surface (6). The space between the start and the end of the spiral determines the thickness (27) of the air flow. This in that the overpressure (9) coming from the lower surface (6) can sink into this longitudinal slot without backflow. This thickness of air flow (27) from the lower surface (6) determines a flow spacing. This overpressure linear flow (9) passes between the tangent (26) of the edge of the end of the end of the spiral and the lower surface (6) of the wing towards the beginning of the spiral.
6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes , permettant de diminuer la résistance de deux flux provenant de directions différentes : flux longitudinal du vent relatif (13) s ' engouffrant de face et flux latéral (14) provenant de la surpression(9) de 1 ' intrados ( 6 ) , dévié par le vent relatif (12) vers le bord de fuite(2) de la cavité cylindrique en spirale(7). caractérisé en ce que, vu de 1 ' emplanture vers le saumon d'aile ou bord marginal, bord d'attaque(l) à gauche, bord de fuite(2) à droite, les deux bords de la spirale du dispositif sont fixés entre eux et solidement à 1 ' intrados ( 6 ) par deux ou plusieurs tiges ou fixations (24) espacées entre elles à l'endroit de l'écoulement.6) Device according to any one of the preceding claims, making it possible to reduce the resistance of two flows coming from different directions: longitudinal flow of the relative wind (13) rushing in from the front and lateral flow (14) coming from the overpressure (9 ) from the lower surface (6), deflected by the relative wind (12) towards the trailing edge (2) of the cylindrical spiral cavity (7). characterized in that, seen from the root towards the wing salmon or marginal edge, leading edge (l) on the left, trailing edge (2) on the right, the two edges of the spiral of the device are fixed between them and securely to the lower surface (6) by two or more rods or fasteners (24) spaced apart at the location of the flow.
7 ) Dispositif selon 1 ' une quelconque des revendications précédentes , permettant la rencontre de ces deux flux: l'un longitudinal avec une force linéaire, celle du vent relatif (12) et l'autre latéral induit(14) caractérisé en ce que ces deux flux ont tendance à se compresser(22 ) , du deuxième sur le premier, aux basses vitesses et aux grands angles (la traînée induite étant inversement proportionnelle au carré de la vitesse) dans un mouvement consécutif compacte, hélicoïdal et 187) Device according to any one of the preceding claims, allowing the meeting of these two flows: one longitudinal with a linear force, that of the relative wind (12) and the other side induced (14) characterized in that these two flows tend to compress (22), from the second to the first, at low speeds and at large angles (the induced drag being inversely proportional to the square of the speed) in a consecutive compact, helical and 18
annulaire. Sorte de réaction qui s'accélère jusqu'à l'éjection(21) . Cette éjection(21) est d'autant plus forte que la vitesse en palier est importante (vitesse au vent relatif et sa densité auto-entraînant la faible surpression d'intrados en vitesse de croisière) ou que la vitesse est basse (l'énorme surpression d'intrados due à la faible vitesse au décollage entraîne le vent relatif et le tout est éjecté vers la sortie du dispositif) .annular. Kind of reaction which accelerates until ejection (21). This ejection (21) is all the stronger the higher the level speed (relative wind speed and its density self-causing the low pressure of the pressure surface at cruising speed) or the lower the speed (the enormous pressure from the lower surface due to the low take-off speed causes the relative wind and the whole is ejected towards the exit of the device).
8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes , permettant d'être fabriqué à différentes tailles caractérisé en ce que ces tailles s'adaptent aux débits d'air générés des paramètres de vitesses ou/et des surfaces alaires .8) Device according to any one of the preceding claims, allowing it to be manufactured in different sizes characterized in that these sizes adapt to the air flow rates generated from the speed parameters and / or wing surfaces.
9) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications précédentes d'être mobile ce qui permet à l'exception des biellettes(36) et de leurs fixations, de loger dans l'aile tout le système (mécanique , hydrauliques, pneumatiques, électriques et électroniques) et d'assurer la mobilité de la cavité cylindrique en spirale, caractérisé en ce qu'il minimise les traînées parasites. 10) Le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il permet par sa solidité, de guider le fluide gazeux atmosphérique (air) qui, exerçant une force sur les parois intérieures de la cavité cylindrique en spirale(7), au moment où le flux du/au vent relatif (12) et le flux de 1 ' intrados ( 6 ) de 1.' aile pénètre dans celle-ci et d'autant plus lorsque ces deux flux se rencontrent, s ' auto- activent entre eux, se concentrent par surpression naturelle à 1 ' intrados ( 6 ) de l'aile, provoquent une réaction par compression(22 ) et s'éjectent. A toutes ces étapes, la gestion de ces deux fluides en mouvement pouvant être de forces différentes aux phases de vol, est caractérisée en ce que le dispositif (fixe ou mobile) fixé solidaire en bout d'aile, doit être fabriqué avec un matériau à la fois léger, dense et très résistant, en l'occurrence un alliage aluminium ou du titane ou encore un composite comme la fibre de verre, le évlar ou le carbone ou d'autres matériaux futurs très résistants. L'installation d'un tel dispositif peut amener à construire une aile toute aussi résistante aux forces exercées sur son extrémité . 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 199) Device according to any one of the preceding claims to be mobile which allows with the exception of the rods (36) and their fixings, to accommodate in the wing the entire system (mechanical, hydraulic, pneumatic, electric and electronic) and to ensure the mobility of the cylindrical spiral cavity, characterized in that it minimizes parasitic streaks. 10) The device according to any one of the preceding claims, characterized in that it allows, by its solidity, to guide the atmospheric gaseous fluid (air) which, exerting a force on the interior walls of the cylindrical spiral cavity (7) , at the moment when the flow from / to the relative wind (12) and the flow from the lower surface (6) of 1. ' wing penetrates into it and all the more when these two flows meet, self-activate between them, concentrate by natural overpressure on the lower surface (6) of the wing, cause a compression reaction (22 ) and eject. At all these stages, the management of these two moving fluids, which may be of different forces during the flight phases, is characterized in that the device (fixed or mobile) fixed integral at the end of the wing, must be manufactured with a material to both light, dense and very resistant, in this case an aluminum or titanium alloy or a composite such as fiberglass, evlar or carbon or other very resistant future materials. The installation of such a device can lead to the construction of a wing that is just as resistant to the forces exerted on its end. 11) Device according to any one of claims 19
précédentes caractérisé en ce que la pression engendrée par la vitesse de l'aile au vent relatif (12) et la surpression(9) provenant de son intrados ( 6 ) , toutes deux concentrées vers un mouvement centripète(23) vers 1 ' intrados ( 6 ) de l'aile et dans la cavité cylindrique en εpirale(7) ayant fatalement pour résultat une compression centrifuge au carré de sa vitesse dans la surface de la spirale. Caractérisé en ce que, et à cet effet, le dispositif est équipé de soupapes (40) de sécurité placées aux endroits les plus sollicités. Elles sont intégrées dans l'épaisseur de la spirale afin de minimiser les traînées parasites (côté intrados). L'échappement de ces soupapes (40) étant dirigé vers le haut, c'est à dire vers 1 ' intrados ( 6 ) , pour que la dépression(8) entraîne dans son mouvement ces traînées parasites au moment où elles se produisent. 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que à 1 ' intérieur de la cavité cylindrique en spirale et dans la partie pouvant dépasser de 1/3 à h voire plus jusqu'à la sortie de flux, le dispositif fixe ou mobile peut être équipé de fines solides lamelles aérodynamiques. Dépassant peu dans la concavité, ces fines solides lamelles sont fixées verticalement à 90° de leur tangente et sont orientées sens bord d'attaque/bord de fuite de l'aile, caractérisé en ce que cet équipement rectifie le mouvement centripète de tous les flux arrivant dans cette zone et assure une éjection linéaire, puissante et directe en sortie et loin derrière le bord de fuite de 1 ' aile sans provoquer de retours de flux, inopinés ou pas, vers l'extrados.previous characterized in that the pressure generated by the speed of the wing in the relative wind (12) and the overpressure (9) coming from its lower surface (6), both concentrated towards a centripetal movement (23) towards the lower surface ( 6) of the wing and in the cylindrical cavity in spiral (7) inevitably resulting in a centrifugal compression squared of its speed in the surface of the spiral. Characterized in that, and for this purpose, the device is equipped with safety valves (40) placed in the most stressed places. They are integrated into the thickness of the spiral in order to minimize parasitic streaks (pressure side). The exhaust of these valves (40) being directed upwards, ie towards the lower surface (6), so that the depression (8) causes in its movement these parasitic streaks at the moment when they occur. 12) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that 1 inside the cylindrical spiral cavity and in the part which can protrude by 1/3 to h or even more until the flow outlet, the fixed device or mobile can be fitted with fine solid aerodynamic slats. Exceeding little in the concavity, these fine solid lamellae are fixed vertically at 90 ° to their tangent and are oriented towards the leading edge / trailing edge of the wing, characterized in that this equipment corrects the centripetal movement of all flows arriving in this zone and ensuring a linear, powerful and direct ejection at the outlet and far behind the trailing edge of the wing without causing flow returns, unexpected or not, towards the upper surface.
13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est muni d'un système de chauffage (genre résistance électrique, glycol ou air chaud déjà utilisés en aéronautique ou autres systèmes futurs ) , dans toute l'épaisseur, longueur et profondeur de la spirale, ce qui va neutraliser ce givre ou cette glace dès sa formation. 13) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is provided with a heating system (such as electrical resistance, glycol or hot air already used in aeronautics or other future systems), throughout the thickness, length and depth of the spiral, which will neutralize this frost or ice as soon as it forms.
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