FR3102974A1 - Procédé et dispositif pour élargir le domaine de vol d'un avion de ligne - Google Patents
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Abstract
Pour élargir l'enveloppe de vol d'un avion qui présente une paire de demi-voilures et des volets de bord d'attaque (11) pouvant être sortis au niveau des bords d'attaque d'aile (10) des demi-voilures, afin d’obtenir des nombres de Mach de vol transsoniques supérieurs, au moins l'un des volets de bord d'attaque (11), lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, est sorti au niveau de l'une des deux demi-voilures dans la direction de vol (25).
Figure pour l’abrégé : Fig. 4
Description
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un procédé pour élargir le domaine de vol d'un avion qui présente une paire de demi-voilures et des volets de bord d'attaque pouvant être sortis au niveau de bords d'attaque d'aile des demi-voilures pour obtenir des nombres de Mach de vol transsoniques supérieurs. En outre, l'invention concerne un avion correspondant comprenant une paire de demi-voilures, des volets de bord d'attaque pouvant être sortis au niveau de bords d'attaque d'aile des demi-voilures et une commande de vol ou un contrôle de vol commandant des entraînements pour les volets de bord d'attaque.
Lorsque l'on parle de demi-voilure dans la présente description, il peut ici notamment s'agir d'une demi-voilure portante de l'avion en question mais également d'une moitié d'une autre voilure, par exemple également d'un plan horizontal de l'avion en question.
État de la technique
État de la technique
Les avions fonctionnant dans le domaine transsonique ne peuvent être pilotés sans danger que dans un domaine de vol défini précisément qui est constitué de différentes limites physiques. Dans le domaine des nombres de Mach de vol dans la partie haute de la plage subsonique, l'allure du domaine de vol est essentiellement conditionnée par des instabilités aéroélastiques. L’apparition de ces instabilités aéroélastiques à des nombres de Mach de vol dans la partie haute de la plage subsonique peut s'expliquer par des effets de compressibilité sur le côté supérieur des demi-voilures qui se produisent lorsque l'écoulement incident sur les demi-voilures se rapproche d'un nombre de Mach de vol critique. Le nombre de Mach de vol critique est le nombre de Mach de vol d'un écoulement incident non perturbé sur les demi-voilures, dans lequel l'écoulement local sur les demi-voilures atteint pour la première fois la vitesse du son. Le nombre de Mach de vol critique dépend essentiellement de la géométrie du profil et de l'angle de flèche de l'aile des demi-voilures. Dans le cas de nombres de Mach de vol au-dessus du nombre de Mach de vol critique, il se crée un champ d'écoulement transsonique avec une zone supersonique locale souvent d'abord sur le côté supérieur du profil des demi-voilures. Cette zone supersonique est en général achevée par une onde de choc de compression orientée perpendiculairement à la surface de la demi-voilure respective, qui induit des ondes de choc sur la surface de la demi-voilure. Ces ondes de choc conduisent à une forte augmentation de la résistance à l'écoulement. En plus de l’augmentation de la résistance, l'onde de choc de compression peut provoquer diverses instabilités aéroélastiques qui peuvent notamment être attribuées à la migration de l'onde de choc de compression avec une déformation de la demi-voilure respective et à des interactions à la couche limite de l'onde de choc. Ces instabilités aéroélastiques sont la cause des phénomènes désignés par flottement transsonique, buzz (tremblement) et buffeting et peuvent, en raison de l'introduction d'énergie sous la forme d'oscillations structurelles amplifiées, conduire à un endommagement voire une destruction de l'avion. La baisse dans la plage transsonique de la vitesse de flottement critique du fait de ces effets d'instabilité est également appelée Dip transsonique et définit le nombre de Mach de vol maximal admissible dans le domaine de vol.
En tant que mesures pour élargir le domaine de vol d'un avion, on connaît ce qu'on appelle des ailes pivotantes dans lesquelles, en fonction de la réalisation, soit l'ensemble des demi-voilures portantes, soit seulement des parties des demi-voilures portantes, sont pivotées afin d'augmenter l'angle de flèche des ailes des demi-voilures portantes en cas de nombres de Mach de vol supérieurs. La construction mécanique d'ailes pivotantes est très coûteuse. En outre, les avions avec des ailes pivotantes présentent une charge utile relative réduite par rapport aux avions à ailes fixes. Les avions à ailes pivotantes sont presque tous des avions militaires. Même dans le domaine militaire, les gros avions à ailes pivotantes sont rares. Un exemple est le Tupolew Tu-160, qui n'est toutefois produit qu'en petites séries.
On connaît, d'après le document DE 22 14 048 A, un dispositif pour augmenter la stabilité d'un véhicule déplacé dans un milieu en écoulement, pourvu d'un organe de sustentation, en particulier dans le cas de perturbations provoquées par un flottement, des ondes de choc d'écoulement (rafales) et des phénomènes d'instabilité. Dans le cas d'avions de transport supersoniques, au lieu de prévoir une rigidification pour éviter les problèmes de flottement, on monte au niveau du bord d'attaque et du bord de fuite de l'organe de sustentation à chaque fois un organe de commande déplaçable par un dispositif de commande monté à chaque fois sur l'organe de sustentation. Des capteurs sont montés sur l'organe de sustentation pour générer des signaux de perturbations correspondant aux perturbations, et leurs sorties sont connectées à un ordinateur. L'ordinateur convertit les signaux de perturbations en signaux de commande agissant à l'encontre des perturbations et les transfère aux dispositifs de commande qui convertissent ces signaux de commande à leur tour en grandeurs de déplacement pour commander les organes de commande. Grâce à la coopération des surfaces de commande avant et arrière, on s'efforce d'agir simultanément à l'encontre des sollicitations en torsion et en flexion. Un tel système actif de suppression du flottement est extrêmement complexe et ne fournit une protection contre le flottement que lors d'un fonctionnement totalement optimal.
On connaît, d'après le document US 6 375 127 B1, un système de commande actif qui génère un amortissement aérodynamique pour éliminer les instabilités structurelles, les oscillations et les charges dynamiques aéroélastiques. À cet effet, on prévoit une paire d'actionneurs activés de manière non stationnaire et antagoniste qui sont pilotés par un système de régulation actif. Des capteurs d'accélération fournissent des signaux à la régulation et le système de régulation génère un amortissement aérodynamique par des excitations en opposition de phase à l'aide des actionneurs. Dans ce cas également le système décrit présente une mise en œuvre complexe et un flottement ne peut être supprimé que lors d'un fonctionnement totalement optimal.
On connaît également, d'après le document US 2005/0045763 A1, un avion comprenant des dispositifs pour réduire le bang supersonique en vol à vitesse supersonique. Les dispositifs présentent, au niveau des transitions entre le fuselage et les ailes de l'avion, des extensions du bord d'attaque, appelées Strakes, sur lesquelles sont supportés de manière pivotante les volets de bord d'attaque. Sur les ailes sont également supportés de manière pivotante des volets d'atterrissage ou hypersustentateurs, comme par exemple ce qu'on appelle des becs Krueger. Un élément de commande est raccordé aux volets de bord d'attaque au niveau des bords d'attaque des strakes et ajuste l'angle de pivotement des volets de bord d'attaque en fonction du nombre de Mach de vol supersonique actuel par comparaison avec un nombre de Mach de vol supersonique de conception de l'avion afin d'optimiser l'écoulement autour de l'aile.
Objet de l’invention
L'invention a pour objet de fournir un procédé pour élargir le domaine de vol d'un avion, associé à un coût nettement réduit à la fois par rapport à des ailes pivotantes ainsi que par rapport à des mesures actives de suppression du flottement, ainsi qu'un avion correspondant.
Solution
On connaît également, d'après le document US 2005/0045763 A1, un avion comprenant des dispositifs pour réduire le bang supersonique en vol à vitesse supersonique. Les dispositifs présentent, au niveau des transitions entre le fuselage et les ailes de l'avion, des extensions du bord d'attaque, appelées Strakes, sur lesquelles sont supportés de manière pivotante les volets de bord d'attaque. Sur les ailes sont également supportés de manière pivotante des volets d'atterrissage ou hypersustentateurs, comme par exemple ce qu'on appelle des becs Krueger. Un élément de commande est raccordé aux volets de bord d'attaque au niveau des bords d'attaque des strakes et ajuste l'angle de pivotement des volets de bord d'attaque en fonction du nombre de Mach de vol supersonique actuel par comparaison avec un nombre de Mach de vol supersonique de conception de l'avion afin d'optimiser l'écoulement autour de l'aile.
Objet de l’invention
L'invention a pour objet de fournir un procédé pour élargir le domaine de vol d'un avion, associé à un coût nettement réduit à la fois par rapport à des ailes pivotantes ainsi que par rapport à des mesures actives de suppression du flottement, ainsi qu'un avion correspondant.
Solution
L'invention est réalisée par un procédé pour élargir le domaine de vol d'un avion qui présente une paire de demi-voilures et des volets de bord d'attaque pouvant être sortis au niveau de bords d'attaque d'aile des demi-voilures afin d'obtenir des nombres de Mach de vol transsoniques supérieurs, caractérisé en ce qu'au moins un des volets de bord d'attaque, lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, est sorti dans la direction de vol au niveau de l'une des deux demi-voilures.
Selon un mode de réalisation, au moins l’un des volets de bord d'attaque est disposé dans une moitié extérieure, dans la direction de l'envergure, d'une demi-envergure de l'une des deux demi-voilures.
Selon un mode de réalisation, au moins l’un des volets de bord d'attaque est le volet de bord d'attaque qui est disposé le plus à l'extérieur dans la direction de l'envergure au niveau de l'une des deux demi-voilures.
Selon un mode de réalisation, au moins l’un des volets de bord d'attaque est sorti dans le cas d'un nombre de Mach de vol dans une plage de 0,5 à 1,0.
Selon un mode de réalisation, au moins l’un des volets de bord d'attaque, lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, est sorti d'au moins 2 % ou 5 % et au maximum de 50 % d'une profondeur de profilé moyenne c de la demi-voilure respective dans la région d'au moins l’un des volets de bord d'attaque.
Selon un mode de réalisation, au moins l’un des volets de bord d'attaque, lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, est sorti dans la direction de vol au niveau de son bord extérieur situé le plus à l'extérieur d'au moins 10 %, ou 20 % ou 30 % de moins qu'au niveau de son bord intérieur situé le plus à l'intérieur.
Selon un mode de réalisation, au moins l’un des volets de bord d'attaque, lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, lors de sa sortie dans la direction de vol, est pivoté d'un angle compris dans la plage d'au moins 1°, ou 3°, ou 5° à 30° au maximum, autour d'un axe de pivotement s'étendant transversalement au plan d'étendue principal de l'une des deux demi-voilures.
Selon un mode de réalisation, au moins deux des volets de bord d'attaque au niveau de l'une des deux demi-voilures sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion.
Selon un mode de réalisation, les au moins deux volets de bord d'attaque au niveau de l'une des deux demi-voilures, qui sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, sont situés directement l'un à côté de l'autre.
Selon un mode de réalisation, tous les volets de bord d'attaque au niveau de l'une des deux demi-voilures sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion.
Selon un mode de réalisation, les au moins deux volets de bord d'attaque situés directement l'un à côté de l'autre sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion de telle sorte que leurs bords d'attaque de volet se raccordent en continu les uns aux autres.
Selon un mode de réalisation, les au moins deux volets de bord d'attaque sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion de telle sorte qu'un angle de flèche de bord d'attaque ΦVKde l'une des deux demi-voilures puisse être augmenté d'au moins 1° ou 3° ou 5° et de 20° au maximum.
Selon un mode de réalisation, au moins l'un des volets de bord d'attaque au niveau de chacune des deux demi-voilures est déplacé dans la direction de vol lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion.
Selon un mode de réalisation, les volets de bord d'attaque au niveau des deux demi-voilures sont déplacés symétriquement ou asymétriquement par rapport à un plan médian longitudinal vertical de l'avion lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion.
L’invention est aussi réalisée par un avion comprenant :
- une paire de demi-voilures,
- des volets de bord d'attaque pouvant être sortis au niveau de bords d'attaque d'aile des demi-voilures et
- une commande de vol ou un contrôle de vol commandant des entraînements pour les volets de bord d'attaque,
caractérisé en ce que la commande de vol ou le contrôle de vol est réalisé(e) pour mettre en œuvre automatiquement le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
- une paire de demi-voilures,
- des volets de bord d'attaque pouvant être sortis au niveau de bords d'attaque d'aile des demi-voilures et
- une commande de vol ou un contrôle de vol commandant des entraînements pour les volets de bord d'attaque,
caractérisé en ce que la commande de vol ou le contrôle de vol est réalisé(e) pour mettre en œuvre automatiquement le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Selon un mode de réalisation, l'avion présente au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- un angle de flèche d’aile Φ0, 25cà 25 % de la profondeur de profilé relative c de la demi-voilure (4) respective qui est supérieur à -40° et inférieur à 40°,
- un allongement de l'aile Λ = b2/S des demi-voilures qui est supérieur à 6, b/2 étant une demi-envergure et S/2 étant une surface d'aile de la demi-voilure respective, et
- un nombre de Mach de vol maximal spécifique au modèle d'avion MMOsitué entre 0,7 et 1,0.
- un angle de flèche d’aile Φ0, 25cà 25 % de la profondeur de profilé relative c de la demi-voilure (4) respective qui est supérieur à -40° et inférieur à 40°,
- un allongement de l'aile Λ = b2/S des demi-voilures qui est supérieur à 6, b/2 étant une demi-envergure et S/2 étant une surface d'aile de la demi-voilure respective, et
- un nombre de Mach de vol maximal spécifique au modèle d'avion MMOsitué entre 0,7 et 1,0.
Selon un mode de réalisation, l'avion présente des dispositifs qui sont réalisés pour la suppression active d'un flottement des demi-voilures, et en ce que la commande de vol ou le contrôle de vol est réalisé(e) de manière à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 lorsque les dispositifs sont défaillants et/ou ne suffisent pas à empêcher le rapprochement de la limite du domaine de vol avec l'augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion.
Selon un mode de réalisation, la commande de vol ou le contrôle de vol est réalisé(e) de manière à reconnaître le rapprochement de la limite du domaine de vol par comparaison de paramètres de vol actuels de l'avion avec une description mémorisée du domaine de vol.
Selon un mode de réalisation, la commande de vol ou le contrôle de vol est réalisé(e) de manière à reconnaître le rapprochement de la limite du domaine de vol par analyse de signaux de capteurs d'oscillation et/ou de capteurs de pression, qui détectent des oscillations de demi-voilures dans une plage de fréquences de 0,5 Hz à 50 Hz ou de 1 Hz à 25 Hz.
Description de l’invention
Description de l’invention
Selon un procédé selon l'invention pour élargir le domaine de vol d'un avion qui présente une paire de demi-voilures et des volets de bord d'attaque pouvant être sortis au niveau des bords d'attaque d'aile des demi-voilures afin d'obtenir des nombres de Mach de vol transsoniques supérieurs, au moins l'un des volets de bord d'attaque au niveau de l'une des deux demi-voilures est sorti dans la direction de vol lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec un nombre de Mach de vol croissant de l'avion.
Selon le procédé selon l'invention, au moins un volet de bord d'attaque au niveau de l'une des demi-voilures, lequel est par ailleurs sorti en particulier pour augmenter la sustentation dans le cas de faibles nombres de Mach de vol dans le but d'augmenter la courbure du profil, est donc sorti seulement dans la direction de vol. De cette manière, la forme de la demi-voilure respective est modifiée dans son plan d'étendue principal mais n'est pas modifiée de manière significative perpendiculairement à celui-ci. De ce fait, il en résulte une variation du comportement aéroélastique de la demi-voilure. De cette manière, le couplage écoulement-structure, qui pourrait provoquer un flottement, est perturbé. De ce fait, ce qu'on appelle le dip transsonique est réduit et/ou décalé. Du fait de la réduction et/ou du décalage du dip transsonique vers des nombres de Mach de vol transsoniques supérieurs, le domaine de vol de l'avion est immédiatement élargi. Un décalage du dip transsonique vers des nombres de Mach de vol inférieurs peut toutefois également être utilisé parce que si l'avion particulier présente déjà un grand nombre de Mach de vol, un tel décalage vers des nombres de Mach de vol inférieurs permet de traverser de manière sûre le dip transsonique.
La mesure selon l'invention, c'est-à-dire la sortie d'au moins l’un des volets de bord d'attaque au niveau d'au moins l'une des deux demi-voilures, peut être réalisée symétriquement ou asymétriquement par rapport à un plan médian longitudinal vertical de l'avion. Une mise en œuvre asymétrique peut signifier en l'occurrence la sortie seulement effectivement d'un seul volet de bord d'attaque de l'une des deux demi-voilures et aucune sortie de l'un des volets de bord d'attaque au niveau de l'autre des deux demi-voilures. Une telle intervention asymétrique permet de perturber de manière particulièrement efficace le couplage écoulement-structure qui est à la base du flottement. Par contre, des interventions symétriques selon l'invention présentent l'avantage de moins influencer l'état de vol de l'avion dans l'ensemble, dans une forme qui exige d'autres interventions comme notamment une commande de compensation de l'empennage latéral afin de compenser l'augmentation de la résistance à l'écoulement de l'une des demi-voilures sur laquelle le volet de bord d'attaque a été sorti dans la direction de vol.
De préférence, on choisit pour la sortie selon l'invention, un volet de bord d'attaque dans une moitié extérieure, dans la direction de l'envergure, d'une demi-envergure de la demi-voilure respective. Les régions des demi-voilures principalement concernées par le flottement sont également situées à l'extérieur dans la direction de l'envergure, c'est-à-dire là où les demi-voilures sont moins rigides qu'à l'intérieur. En particulier, l'au moins un des volets de bord d'attaque qui est sorti selon l'invention dans la direction de vol peut notamment être le volet de bord d'attaque qui est disposé le plus à l'extérieur dans la direction de l'envergure au niveau de la demi-voilure respective.
De manière typique, la sortie de l'au moins un des volets de bord d'attaque a lieu pour un nombre de Mach de vol au-dessus de 0,5 et en dessous de 1. La sortie de l'au moins un volet de bord d'attaque augmente typiquement la résistance à l'écoulement de la demi-voilure respective de manière non négligeable, de sorte que cette mesure n'est employée que lorsqu'une nécessité correspondante existe, par exemple le risque d'un flottement lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec l'augmentation du nombre de Mach de vol.
Concrètement, au moins l'un des volets de bord d'attaque, lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, peut être sorti d'au moins 2 % ou également d'au moins 5 % d'une profondeur de profilé moyenne c de la demi-voilure respective dans la région de l'au moins un volet de bord d'attaque. Une sortie de plus de 50 % de cette profondeur de profilé moyenne c n'est pas possible avec les volets de bord d'attaque existants sur les demi-voilures des avions actuels. Pour mettre en œuvre de manière efficace le procédé selon l'invention ceci n'est toutefois pas nécessaire.
Selon une forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention, au moins l’un des volets de bord d'attaque, lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, est sorti dans la direction de vol au niveau de son bord extérieur situé le plus à l'extérieur d'au moins 10 %, de préférence d'au moins 20 % et encore plus préférablement d'au moins 30 % de moins qu'au niveau de son bord intérieur situé le plus à l'intérieur. De cette manière, l'angle de flèche de l'aile de la demi-voilure est augmenté au moins dans la région du volet de bord d'attaque sorti dans la direction de vol selon l'invention. Ceci se produit selon l'invention sans faire pivoter les demi-voilures, exclusivement par une sortie de l'au moins un volet de bord d'attaque. Le fait que l'au moins un volet de bord d'attaque soit sorti moins loin au niveau de son bord extérieur situé le plus à l'extérieur qu'au niveau de son bord intérieur implique la possibilité qu'il ne soit justement pas sorti linéairement au niveau de son bord extérieur et signifie au moins un mouvement superposé de rotation ou de pivotement autour d'un axe de pivotement s'étendant transversalement ou perpendiculairement au plan d'étendue principal de la demi-voilure portante respective. De manière correspondante, le procédé selon l'invention dans cette forme de réalisation peut également être décrit de telle sorte qu'au moins l’un des volets de bord d'attaque, lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, lors de sa sortie dans la direction de vol, soit pivoté d'un angle d'au moins 1°, plus préférablement d'au moins 3°, encore plus préférablement d'au moins 5° autour de l'axe de pivotement s'étendant transversalement au plan d'étendue principal de la demi-voilure portante respective. Une limite supérieure typique pour cet angle autour duquel est pivoté le volet de bord d'attaque est en l'occurrence de 30°.
Afin d'approfondir le concept d'augmentation de l'angle de flèche de l’aile de la demi-voilure respective, au moins deux des volets de bord d'attaque de la demi-voilure respective peuvent être sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion, les au moins deux volets de bord d'attaque pouvant être situés directement l'un à côté de l'autre. Il est également possible de sortir tous les volets de bord d'attaque au niveau de la demi-voilure respective ; et de préférence, les au moins deux volets de bord d'attaque situés directement l'un à côté de l'autre ou bien la totalité des volets de bord d'attaque situés directement les uns à côté des autres, qui sont sortis selon l'invention dans la direction de vol, sont sortis de telle sorte que leurs bords d'attaque de volet se raccordent en continu les uns aux autres. Grâce à la totalité de ces mesures, un angle de flèche de bord d'attaque ΦVKde la demi-voilure respective peut être augmenté d'au moins 1° ou de préférence d'au moins 3° ou encore plus préférablement d'au moins 5° et typiquement de 20° au maximum. Le fait que l'augmentation de l'angle de flèche de l'aile d'une demi-voilure soit une mesure appropriée pour protéger l'aile pour de plus grands nombres de Mach de vol est connu. Toutefois, l'augmentation selon l'invention de l'angle de flèche de l'aile par sortie des volets de bord d'attaque au niveau du bord d'attaque de l'aile dans la direction de vol n'est pas connue.
On a déjà mentionné que la sortie selon l'invention de l'au moins un volet de bord d'attaque pouvait s'effectuer de manière asymétrique, c'est-à-dire dans un cas extrême seulement au niveau de l'une des deux demi-voilures, ou symétriquement au niveau des deux demi-voilures de la paire respective de demi-voilures. Dans le cas d'une réalisation asymétrique du procédé selon l'invention, au moins l'un des volets de bord d'attaque peut toutefois également être déplacé dans la direction de vol au niveau de chacune des demi-voilures.
Dans le cas d'un avion selon l'invention, comprenant une paire de demi-voilures, des volets de bord d'attaque pouvant être sortis au niveau de bords d'attaque d'aile des demi-voilures et une commande de vol ou un contrôle de vol commandant des entraînements pour les volets de bord d'attaque, la commande de vol ou le contrôle de vol est réalisé (e) pour la mise en œuvre automatique du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. En l'occurrence, un avion selon l'invention peut se distinguer d'un avion de l'état de la technique uniquement par un logiciel de commande ou de régulation mettant en œuvre le procédé selon l'invention. Des modifications supplémentaires peuvent toutefois également être judicieuses, par exemple pour pouvoir justement sortir les volets de bord d'attaque respectifs au niveau des demi-voilures dans la direction de vol, sans forcément dans ce cas les abaisser ou pour sortir les volets de bord d'attaque non seulement linéairement, mais aussi en les faisant pivoter autour d'un axe de pivotement s'étendant transversalement au plan d'étendue principal de la demi-voilure respective.
L'avion selon l'invention est notamment un avion qui présente au moins l'une des caractéristiques suivantes : un angle de flèche d’aile Φ0, 25cà 25 % de la profondeur de profilé relative c de la demi-voilure respective est supérieur à -40° et inférieur à 40°. Un allongement de l'aile Λ = b2/S des demi-voilures est supérieur à 6, b/2 étant une demi-envergure et S/2 étant une surface d'aile de la demi-voilure respective. Un nombre de Mach de vol maximal spécifique au modèle d'avion MMOest situé entre 0,7 et 1,0. Il s'agit de toutes les caractéristiques d'un avion de ligne ou de transport réalisé pour la plage transsonique de nombres de Mach de vol.
Dans le cas de l'avion selon l'invention, il peut s'agir d'un avion qui présente par ailleurs des dispositifs pour la suppression active d'un flottement des demi-voilures. Dans ce cas, la commande de vol ou le contrôle de vol peut être réalisé(e) de telle sorte que le procédé selon l'invention soit mis en œuvre lorsque ces dispositifs actifs sont défaillants et/ou ne suffisent pas à empêcher le rapprochement de la limite du domaine de vol avec l'augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion. Le procédé selon l'invention peut ainsi notamment être prévu en tant que mesure de secours pour éviter un flottement, parce qu'il est typiquement associé à une augmentation non négligeable de la résistance à l'écoulement qui, dans le cas d'un avion de ligne ou de transport, n'est en principe pas souhaitable. Si toutefois le risque d'un flottement peut être évité par la mesure selon l'invention, la résistance à l'écoulement accrue est alors justifiée, de même que la consommation de carburant accrue en conséquence.
La commande ou le contrôle de vol de l'avion selon l'invention peut être effectué(e) pour reconnaître le rapprochement de la limite du domaine de vol par comparaison de paramètres de vol actuels de l'avion avec une description mémorisée du domaine de vol. Lorsque le domaine de vol est défini pour les paramètres de vol actuels, il s'agit d'une mesure appropriée pour reconnaître le rapprochement de la limite du domaine de vol. En variante ou en plus, la commande de vol ou le contrôle de vol peut aussi être réalisé(e) pour reconnaître le rapprochement de la limite du domaine de vol par analyse de signaux de capteurs d'oscillation et/ou de capteurs de pression, en particulier de capteurs de pression qui détectent des pressions non stationnaires. Les capteurs respectifs devraient notamment être aptes à produire une résolution temporelle d'oscillations des demi-voilures dans une plage de fréquences de 0,5 Hz à 50 Hz, et en particulier dans une plage de fréquences de 1 Hz à 25 Hz. Il s'agit de la plage de fréquences dans laquelle un flottement se produit dans les avions de ligne et de transport.
Des perfectionnements avantageux de l'invention résultent des revendications, de la description et des dessins. Les avantages, cités dans la description, de caractéristiques et de combinaisons de plusieurs caractéristiques, sont fournis uniquement à titre d'exemple et peuvent être employés alternativement ou cumulativement sans que ces avantages ne soient forcément obtenus à partir des formes de réalisation selon l'invention. Sans modifier ainsi l'objet des revendications annexées, en ce qui concerne la teneur de la divulgation des documents de la demande d'origine et du brevet, on peut dire ce qui suit : des caractéristiques supplémentaires doivent être obtenues à partir des dessins – en particulier à partir des géométries illustrées et des dimensions relatives de plusieurs composants les uns par rapport aux autres ainsi que de leur agencement relatif et de leur interaction. La combinaison de caractéristiques de différentes formes de réalisation de l'invention ou de caractéristiques de différentes revendications est également possible en s'écartant des rétroréférences choisies dans les revendications et est encouragée ici. Ceci concerne également les caractéristiques qui sont illustrées dans les dessins séparés ou qui sont citées dans leur description. Ces caractéristiques peuvent également être combinées avec des caractéristiques de différentes revendications. Des caractéristiques citées dans les revendications peuvent également être omises pour d'autres formes de réalisation de l'invention.
Les caractéristiques citées dans les revendications et dans la description doivent être comprises en termes de nombre en ce sens qu'il peut s'agir dudit nombre ou d'un nombre supérieur audit nombre sans nécessiter explicitement l'utilisation de l'adverbe « au moins ». Ainsi, par exemple, s'il est question d'un capteur d'oscillations, il faut comprendre qu'il s'agit exactement d'un capteur d'oscillations, de deux capteurs d'oscillations ou de plusieurs capteurs d'oscillations. Ces caractéristiques peuvent être complétées par d'autres caractéristiques ou peuvent être les seules caractéristiques constituant le produit respectif.
Les numéros de référence indiqués dans les revendications ne constituent pas une limitation de la portée des objets protégés par les revendications. Ils servent uniquement à faciliter la compréhension des revendications.
L'invention va être expliquée et décrite plus en détail ci-dessous à l'aide d'exemples de réalisation préférés illustrés dans les dessins.
Description de s dessins
L'avion 1 illustré dans la présente un fuselage 2 et une paire symétrique de demi-voilures portantes 3 ou en général, de demi-voilures 4. Un réacteur 5 est supporté sur chacune des deux demi-voilures portantes 3. À l'extrémité arrière du fuselage 2 se trouve un plan horizontal 6 avec des gouvernes de profondeur 7 et un plan vertical 8 avec une gouverne de direction 9. Au niveau des bords d'attaque 10 des demi-voilures portantes 3 sont prévus des volets de bord d'attaque 11 pouvant être sortis, qui sont également désignés par le terme de becs. Au niveau des bords de fuite 12 des demi-voilures portantes sont supportés de manière à pouvoir être sortis des ailerons 13, des volets de bord de fuite 14 qui sont également appelés volets d'atterrissage et des volets de frein 15 situés devant ceux-ci.
La courbure de la demi-voilure portante respective 3 peut être augmentée pour un vol lent de l'avion 1 par sortie des volets de bord d'attaque 11 et des volets de bord de fuite 14 vers l'avant et vers le bas ou vers l'arrière et vers le bas, comme illustré dans la . Cette configuration des volets 11 et 14 est sélectionnée typiquement pour le décollage et l'atterrissage de l'avion 1.
La illustre une autre orientation de l'un des volets de bord d'attaque 11 par rapport à la demi-voilure portante 3, dans laquelle le volet de bord d'attaque 11 est sorti vers l'avant dans la direction de vol 25, c'est-à-dire sans être abaissé.
La illustre dans ce cas, pour la demi-voilure portante 3 avant dans la , que le volet de bord d'attaque 11 est non seulement sorti par rapport à la demi-voilure portante 3 mais est également pivoté autour d'un axe de pivotement s'étendant transversalement au plan d'étendue principal de la demi-voilure portante 3, de telle sorte qu'il dépasse du bord d'attaque 10 d'autant plus que l'on se rapproche du fuselage 2 de l'avion 1. Concrètement, le volet de bord d'attaque 11 dépasse plus du bord d'attaque 10 au niveau de son bord intérieur 23 qu'au niveau de son bord extérieur et un angle de flèche de bord d'attaque d'un bord d'attaque de volet 26 du volet de bord d'attaque est augmenté par rapport à un angle de flèche de bord d'attaque du bord d'attaque 10.
La illustre comment, par sortie et pivotement ajustés les uns aux autres de tous les volets de bord d'attaque 11 au niveau du bord d'attaque 10 de la demi-voilure portante 3, leur angle de flèche d'aile peut être augmenté au total.
La illustre une représentation d'une pression dynamique de flottement critique 17 par rapport à un nombre de Mach de vol M∞ de l'avion 1. La pression dynamique de flottement critique 17 indique la pression dynamique de vol q∞, à partir de laquelle le flottement transsonique se produit à un nombre de Mach de vol M∞ déterminé de l'avion. La pression dynamique de flottement critique 17 limite ainsi vers le haut une plage stable de l'avion 1 par rapport à la pression dynamique de vol q∞. Dans ce cas, la pression dynamique de flottement critique 17 est également une mesure d'une vitesse de flottement critique à partir de laquelle se produit un flottement transsonique. À des nombres de Mach de vol transsoniques élevés en dessous de la vitesse du son (M∞=1), la pression dynamique de flottement critique 17 présente ce qu'on appelle un dip transsonique 16 dans lequel la pression dynamique de flottement critique 17 diminue temporairement. À de plus hauts nombres de Mach de vol M∞, la pression dynamique de flottement critique 17 recommence à augmenter. Derrière le dip transsonique, la plage stable de l'avion se termine alors au niveau d'une limite de buffeting 21 dont le dépassement établit un buffeting des demi-voilures 4. Lors d'une augmentation du nombre de Mach de vol M∞ de l'avion tout en conservant l'altitude de vol le long d'une courbe 20, afin d'éviter un rapprochement, voire un dépassement, de la pression dynamique de flottement critique 17 dans la plage du dip transsonique 16, un nombre de Mach de vol maximal admissible MMO pour cette altitude de vol est fixé, auquel on peut garantir avec une sécurité suffisante qu'il ne se produit pas encore ce qu'on appelle un flottement transsonique.
La illustre le domaine de vol 18 de l'avion 1 fonctionnant dans la plage transsonique sous la forme de son altitude de vol maximale (« Altitude » en pieds) par rapport à sa vitesse de vol (« Airspeed » en nœuds). À des vitesses de vol plus élevées, le domaine de vol 18 est défini à des altitudes de vol inférieures et des densités d'air supérieures correspondantes par une vitesse de vol maximale admissible VMO et à des altitudes de vol supérieures et des densités d'air inférieures correspondantes par le nombre de Mach de vol maximal admissible MMO.
La illustre comment l'augmentation de l'angle de flèche de l'aile décale ce qu'on appelle le dip transsonique 16 de la pression dynamique de flottement critique 17 dans la direction d'une flèche 19 de telle sorte que le dip transsonique 16 soit d'une part nettement plus plat et d'autre part soit situé à des nombres de Mach de vol M∞ un peu plus bas. Lorsque l'avion se rapproche, le long d'une courbe 20 d'états de vol, de la limite 17 du domaine de vol 18, par l'augmentation illustrée dans la de l'angle de flèche d'aile des demi-voilures portantes 3, le nombre de Mach de vol maximal admissible MMO peut être augmenté pour l'altitude de vol associée jusqu'avant la limite de buffeting 21 et par conséquent le domaine de vol 18 peut être considérablement élargi. Lorsque l'on a à nouveau quitté la région du dip transsonique d'origine 16 le long de la courbe 20 vers des nombres de Mach de vol supérieurs, l'angle de flèche d'aile des demi-voilures portantes 3 peut être repris afin de revenir à une augmentation associée de la résistance à l’écoulement des demi-voilures 4.
La sortie des volets de bord d'attaque 11 pour augmenter l'angle de flèche d'aile selon la peut s'effectuer automatiquement par une commande de vol 22 selon la , qui actionne les volets de bord d'attaque 11, les volets de bord de fuite 14 et tous les autres éléments mobiles 12 et 15 au niveau des demi-voilures portantes 3 par la commande d'entraînements correspondants. Le fait de rehausser le dip transsonique 16 selon la permet notamment d'éliminer le risque d'un flottement des demi-voilures portantes 3 lors d'une augmentation supplémentaire du nombre de Mach de vol M∞ le long de la courbe 20.
L'augmentation de l'angle de flèche d'aile des demi-voilures portantes 3 selon la est certes une mesure active mais quasiment statique pour empêcher le flottement des demi-voilures portantes 3 lorsque le nombre de Mach de vol M∞continue d'augmenter. Il appartient également à la présente invention de faire sortir seulement une partie et non la totalité des volets de bord d'attaque 11 dans la direction de vol 25 dans le cas d'une augmentation du nombre de Mach de vol M∞, et ceci n'a pas besoin de se produire de manière symétrique au niveau des deux demi-voilures portantes 3, mais peut également s'effectuer de manière asymétrique seulement au niveau de l'une des deux demi-voilures portantes ou par rapport aux deux demi-voilures portantes. De ce fait, la position et la profondeur du dip transsonique 16 selon la peuvent également être modifiées de telle sorte que la courbe 20 n'intersecte pas le dip transsonique 16.
1 Avion
2 Fuselage
3 Demi-voilure portante
4 Demi-voilure
5 Réacteur
6 Plan horizontal
7 Gouverne de profondeur
8 Plan vertical
9 Gouverne de direction
10 Bord d’attaque
11 Volet de bord d’attaque
12 Bord de fuite
13 Aileron
14 Volet de bord de fuite
15 Volet de frein
16 Dip transsonique
17 Pression dynamique de flottement critique
18 Domaine de vol
19 Flèche
20 Courbe
21 Limite de buffeting
22 Commande de vol
23 Bord intérieur
24 Bord extérieur
25 Direction de vol
26 Bord d’attaque de volet
Claims (19)
- Procédé pour élargir le domaine de vol (18) d'un avion (1) qui présente une paire de demi-voilures (4) et des volets de bord d'attaque (11) pouvant être sortis au niveau de bords d'attaque d'aile (10) des demi-voilures (4) afin d'obtenir des nombres de Mach de vol transsoniques supérieurs,caractérisé en ce qu'au moins un des volets de bord d'attaque (11), lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1), est sorti dans la direction de vol (25) au niveau de l'une des deux demi-voilures (4).
- Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'au moins l’un des volets de bord d'attaque (11) est disposé dans une moitié extérieure, dans la direction de l'envergure, d'une demi-envergure de l'une des deux demi-voilures (4).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce qu’au moins l’un des volets de bord d'attaque (11) est le volet de bord d'attaque (11) qui est disposé le plus à l'extérieur dans la direction de l'envergure au niveau de l'une des deux demi-voilures (4).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu’au moins l’un des volets de bord d'attaque (11) est sorti dans le cas d'un nombre de Mach de vol dans une plage de 0,5 à 1,0.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'au moins l’un des volets de bord d'attaque (11), lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1), est sorti d'au moins 2 % ou 5 % et au maximum de 50 % d'une profondeur de profilé moyenne c de la demi-voilure respective (4) dans la région d'au moins l’un des volets de bord d'attaque (11).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'au moins l’un des volets de bord d'attaque (11), lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1), est sorti dans la direction de vol (25) au niveau de son bord extérieur (24) situé le plus à l'extérieur d'au moins 10 %, ou 20 % ou 30 % de moins qu'au niveau de son bord intérieur (23) situé le plus à l'intérieur.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'au moins l’un des volets de bord d'attaque (11), lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1), lors de sa sortie dans la direction de vol (25), est pivoté d'un angle compris dans la plage d'au moins 1°, ou 3°, ou 5° à 30° au maximum, autour d'un axe de pivotement s'étendant transversalement au plan d'étendue principal de l'une des deux demi-voilures (4).
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'au moins deux des volets de bord d'attaque (11) au niveau de l'une des deux demi-voilures (4) sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1).
- Procédé selon la revendication 8,caractérisé en ce queles au moins deux volets de bord d'attaque (11) au niveau de l'une des deux demi-voilures (4), qui sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1), sont situés directement l'un à côté de l'autre.
- Procédé selon la revendication 9,caractérisé en ce quetous les volets de bord d'attaque (11) au niveau de l'une des deux demi-voilures (4) sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1).
- Procédé selon la revendication 9 ou 10,caractérisé en ce queles au moins deux volets de bord d'attaque (11) situés directement l'un à côté de l'autre sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1) de telle sorte que leurs bords d'attaque de volet (26) se raccordent en continu l’un à l’autre.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11,caractérisé en ce queles au moins deux volets de bord d'attaque (11) sont sortis lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1) de telle sorte qu'un angle de flèche de bord d'attaque ΦVKde l'une des deux demi-voilures (4) puisse être augmenté d'au moins 1° ou 3° ou 5° et de 20° au maximum.
- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce qu'au moins l'un des volets de bord d'attaque (11) au niveau de chacune des deux demi-voilures (4) est déplacé dans la direction de vol (25) lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1).
- Procédé selon la revendication 13,caractérisé en ce queles volets de bord d'attaque (11) au niveau des deux demi-voilures (4) sont déplacés symétriquement ou asymétriquement par rapport à un plan médian longitudinal vertical de l'avion (1) lors du rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1).
- Avion (1) comprenant :
- une paire de demi-voilures (4),
- des volets de bord d'attaque (11) pouvant être sortis au niveau de bords d'attaque d'aile (10) des demi-voilures (4) et
- une commande de vol (22) ou un contrôle de vol commandant des entraînements pour les volets de bord d'attaque (11),
caractérisé en ce quela commande de vol (22) ou le contrôle de vol est réalisé(e) pour mettre en œuvre automatiquement le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. - Avion selon la revendication 15, caractérisé en ce quel'avion (1) présente au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- un angle de flèche d’aile Φ0,25cà 25 % de la profondeur de profilé relative c de la demi-voilure (4) respective qui est supérieur à -40° et inférieur à 40°,
- un allongement de l'aile Λ = b2/S des demi-voilures (4) qui est supérieur à 6, b/2 étant une demi-envergure et S/2 étant une surface d'aile de la demi-voilure (4) respective, et
- un nombre de Mach de vol maximal spécifique au modèle d'avion MMOsitué entre 0,7 et 1,0. - Avion (1) selon la revendication 15 ou 16,caractérisé en ce quel'avion (1) présente des dispositifs qui sont réalisés pour la suppression active d'un flottement des demi-voilures (4), et en ce que la commande de vol (22) ou le contrôle de vol est réalisé(e) de manière à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 lorsque les dispositifs sont défaillants et/ou ne suffisent pas à empêcher le rapprochement de la limite du domaine de vol (18) avec l'augmentation du nombre de Mach de vol de l'avion (1).
- Avion (1) selon l'une quelconque des revendications 15 à 17,caractérisé en ce quela commande de vol (22) ou le contrôle de vol est réalisé(e) de manière à reconnaître le rapprochement de la limite du domaine de vol (18) par comparaison de paramètres de vol actuels de l'avion (1) avec une description mémorisée du domaine de vol (18).
- Avion (1) selon l'une quelconque des revendications 15 à 18,caractérisé en ce quela commande de vol (22) ou le contrôle de vol est réalisé(e) de manière à reconnaître le rapprochement de la limite du domaine de vol (18) par analyse de signaux de capteurs d'oscillation et/ou de capteurs de pression, qui détectent des oscillations des demi-voilures (4) dans une plage de fréquences de 0,5 Hz à 50 Hz ou de 1 Hz à 25 Hz.
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