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Perfectionnements apportés aux voilures aérodynamiques.
L'invention est relative aux voilures aérodynamiaues, c'est-à-dire aux corps qui, lorsau'ils subissent un déplacement' relatif par rapport à un fluide, sont soumis à une portance aéro- dynamique orientée dans une direction transversale par rapport à, la direction du susdit déplacement relatif;
et elle concerne plus spécialement, parmi ces voilures, celles qui présentent une section transversale sensiblement circulaire,
Une application spécifiaue de l'invention est celle concernant des voilures à section circulaire constituant les' pales du rotor d'hélicoptère d'un avion du type convertible qui, pour une phase de vol, par exemple en croisière, est capable de
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voler de la manière usuelle en étant supporté par la portance agissant sur les ailes normales et qui, pour une autre phase de vol, par exemple pour l'envol et l'attemissage,est capable de fonctionner comme un hélicoptère.
Sous cet aspect, l'invention con- cerne une variante de l'objet du brevet belge No.616.254 du
10 avril 1962 au même nom que la. présente demande, sous le titre t "Perfectionnements apportés aux avions".
Dans ce brevet antérieur on a décrit un avion comportant un rotor d'hélicoptère muni de palesayant une section transversale en substance circulaire. Chaque pale comporte des ouvertures ! longues et étroites qui s'étendent sur toute la longueur de la pale et sont disposées de manière à décharger des courants fluides sous forme de minces couches sur la surface de la pale, ces courants produisant un effet de contrôle do la couche limite ou de la cir- culation, contrôle grâce auquel une portance est développée par la pale lorsque le rotor est entraîné en rotation.
Les pales, décri- tes dans ce brevet antérieur, comportent deux ouvertures de ce gen- re, dont une est située à la partie supérieure de la pale en étant orientée vers l'arrière par rapport au sens de rotation du rotor et dont l'autre s'étend vers l'arrière autour du pourtour de la pale suivant un angle d'environ 60 tout en étant orientée vers le ,bas et vers l'arrière. Dans ce brevet, on dit également que des ouvertures de décharge additionnelles pourraient être prévues.
On pourrait croire qu'avec la disposition des ouvertures décrites dans le brevet antérieur'les pertes par traînée produites sur la pale sont excessives, mais-la même difficulté se produirait en utilisant cotte disposition pour des voilures d'avions en général.
Conformément à l'invention, une voilure à section trans- versale sensiblement circulaire comporte au moins deux ouvertures s'étendant suivant l'envergure et.disposées de manière à décharger des courants,de fluide sous la forme de couches minces vers le haut et vers le bas/ ces couches allant à la rencontre l'une de l'autre sur la partie arrière de la surface de la voilure, des moyens étant
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prévus pour faire varier la force vive relative de ces deux, ou- rants.
Les courants opposés tendent à enfermer la zone turbulen- te existant derrière la voilure, tout au moins à un certain degré, dE sorteque la traînée est diminuée alors que la variation de la force vive relative des deux courants produit une modification de la portance de la voilure*
Conformément à une caractéristique de l'invention, les ouvertures sont orientées de manière telle que les courante déchargés par celles-ci se rencontrent en un point qui se trouve,. dans le quadrant inférieur arrière de la voilure.
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Dans l'avion décrit dans le brevet antérieur, 6rt tant varier la force vive des courants en réglant le. débit du fluide fourni aux ouvertures. Mais, conformément à uhu autre Caractérisai que de laprésente invention, on fait varier la section de décharge
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des ouvertures elles-mêmes, l'une par rapport à l'autre, pour produire la variation nécessaire de la force vive et, par consé- quent, de la portance de la voilure.
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L'invention a également pour objet une voilure à sec- tion transversale en substance circulaire et comportant, dans la partie supérieure de sa paroi, plusieurs ouvertures n'étendant sui- vant l'envergure et disposées de manière à décharger des courantes fluides sous la formel de minces couches vers le bas sur la partie arrière de la surface de la voilure et, dans la partie inférieure
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de sa paroi, une autio ouverture propre à décharger un courant fluide, sous la fora;
9 d'une couche, vers le haut sur la partie arrière due la surfae3 de la voilure, des moyens étant prévus pour faire varier la fol**>4 vive relative des courants déchargés par cette autre ouverture et par l'ouverture qui décharge un courant fers ,1e base et se trouve le plus près de cette autre ouverture* .Lés sections de décharge de ces Ouvertures citées en dernier lieu peu- vent êtr4 variables lune par rappot l'autre, alors que ia '044. le autres ouvertures qui déchargent vers le bas, peuvent'4voir un section da décharge constante l- à
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Sous un aspect plus limité, l'invention a pour objet un avion comprenant un rotor d'hélicoptère dont les pales sont 'Constituées par des voilures ayant une section transversale sen- siblement circulaires connue dit plus haut.
L'avion peut comporter, en outre, un .mécanisme de commande propre à faire varier la force )rive relative de$ courants pour oue la force ascensionnelle, agis- sant sur les pales, puisse varier cycliquement en concordance avec 'la rotation du rotor. Des moyens peuvent être prévus pour faire varier la relation de phase entre la rotation du rotor et la varia- tion de la portance des pales alors que le mécanisme de commande ,,peut également fonctionner de manière à faire varier la force vive relative des courants de telle façon que les portances des pales du -rotor soient modifiées simultanément.
En étant appliquée à l'avion décrit dans le brevet anté- rieur, l'invention a également pour objet un avion dont le fuselage porte un rotor d'hélicoptère et des ailes capables de supporter il'avion par la portance aérodynamique exercée sur ces ailes pendant , ; le vol en translation, les pales. du rotor pouvant, tout au moins en partie, être escamotées dans lé fuselage.
Les dessins schématiques ci-annexés montrent, à'titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention.
La fig. l montre, en vue de côté, un avion du type "convertiplane" muni d'un rotor d'hélicoptère.
La fig. 2 montre, en élévation (parties en coupe), la tête de ce rotor d'hélicoptère.
La fig. 3 montre, en coupe transversale, une des pales dudit rotor d'hélicoptère.
La fig. 4 montre, schématiquement, le dispositif de réglage de la portance adjoint au rotor d'hélicoptère.
L'avion est établi, d'une manière générale, selon l'un des-modes de réalisation décrits dans le brevet antérieur usvisé.
Comme visible sur la fig. 1, il comprend un fuselage 1, deux ailes 2, un empennage de profondeur 3 et un empennage de directibn 4.
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Il est actionné par des réacteurs, avec turbine à gaz et du type à by-pass, montés dans des nacelles 5 logées au-dessous des ailes.
Au-dessus du fuselage est monté un rotor d'hélicoptère à deux pales comprenant une tête de rotor 7 entourée d'un dôme 8, deux pales de rotor 9, à section circulaire, et des tuyères à réaction.montres aux. extrémités des pales.
'Comme expliqué avec plus de détails ci-après, les pales 9 sont articulées à la tête 7 du rotor et peuvent être soule- vées et abaissées entre une position escamotée ou inactive (mon- trée en traits pleins) et une position relevée ou active (montre en traits mixtes) .à l'aide de deux paires de vérins 11 et de biel- lettes 12. Dans leur position escamotée, les pales sont couchées et logées -partiellement dans des encoches longitudinales ménagée dans la paroi supérieure du fuselage et sont maintenues en place par des verrous 14. Dans leur position active, les pales sont soulevées et écartées du fuselage et sont verrouillées en ayant un angle de conicité prédéterminé.
Il est à noter que l'axe du rotor est incliné par rapport à la verticale de sorte oue les pales sont soulevées en formant des angles différents avec celle-ci* La partie de la paroi supérieure du fuselage, oui entoure la tête du rotor, est constituée par des portes 15 ou analogues qui peu- vent être reculées ou rabattues vers l'arrière pour que le rotor dispose d'un espace suffisant pour tourner.
Comme pour les dispositions décrites dans le brevet antérieur, le rctcr est entraîne par des courante gazeux prélèves dans les .conduite de jets des réacteurs. La portance exercée sur les pales -du rotor est produite par l'effet de contrôle de la ; couche limite ou de la circulation des courants d'air décharges, sous la forme de minces couches, sur les surfaces de la pale à partir des ouvertures étroites ou fentes qui s'étendent le long de l'envergure, l'air formant ces courants étant fourni par les compresseurs de by-pass des réacteurs.
La constitution de la tête de rotor et la manière dont l'air pour le contrôle de la circula-
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tion et les courants de gaz propulseurs sont fournis aux pales du rotor sont montres sur la fig.2.
La tète de rotor comporte un organe tubulaire 21 touril- lonné dansdes coussinets supérieur et inférieur 22,23 logés dans un support 24 attaché à la structure fixe du fuselage. Des diaphrag- mes 25 et 26 attendent en travers des extrémités supérieure et inférieure de l'organe tubulaire et une chemise 27 est logée dans celui-ci et délimite avec cet organe un intervalle annulaire 28.
Ces organes sont montrés comme formant une seule pièce pour sim- plifior le dessin, mais en pratique ils sont formés par des pièces séparées assemblées les unes aux autres.
Chacune des pales 9 du rotor comporte une base 31 fixée rigidement à des consoles 32 articulées, par des pivots 33, à des oreilles 34 prévues à l'extrémité supérieure de l'organe tubulaire 21. Chaaue pale peut être déplacée angulairetnent autour de ses pivots 33 à l'aide de vérins 11 et de biellettes 12 et quand elle occupe sa position soulevée ou active, comme montré, l'extrémité de sa base bute contre un rebord 35a prévusur l'extrémité d'un raccord creux 35 branché sur l'organe tubulaire
21. Les pales sont maintenues dans leur position active à l'aide de crochets 36 engagés sur des saillies 32a faisant partie des con- soles 32.
Les courants de gaz entraîneurs, fournis par les réacteurs logés dans des ailes opposées, découlent par des conduits 41 vers des entrées 42 prévues de part et d'autre de la structure 24 supportant le rotor. Ces entrées débouchent dans une galerie annu- laire 43 entourant l'organe tubulaire 21 et cette galerie commun!- que avec l'intérieur de l'organe, tubulaire par des ouvertures 44.
Chaque pale de rotor 9' comporte une enveloppe extérieure
51 et une chemise intérieure 52 'formant entre elles un passage annulaire 53 (voir aussi la fig. 3). quand la pale occupe sa posi- tion soulevée ou active, la cavité 54, délimitée par la chemise 52, communique pair l'intérieur du conduit de dérivation 35 avec l'inté- rieur de l'organe tubulaire 21...Par conséquent, les courants
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gazeux, fournis par les réacteurs et admis à l'intérieur de l'organe tubulaire 21, peuvent être conduits le long des pales du rotor vers les tuyères de réaction 10, établies au bout des pales, pour entraîner le rotor en rotation.
-Des conduits'61 pour l'air prélevé aux compresseurs des réacteurs, sont relias à des ouvertures d'admission 62 éta- blies de part et d'autre de la structure de support 24. Ces ouver- tures débouchent dans une galerie annulaire 63 entourant l'organe tubulaire 21 et cette galerie communique, à son tour, avec l'espa- ce annulaire 28 formé entre l'organe tubulaire 21 et sa chemise . ' j 27, à l'aide d'une couronne de trous 64 ménages dans l'organe tubulaire 21. L'espace 28 comporte deux ouvertures de sortie opposées 65, de forme allongée, à chacune desquelles est relié un conduit 66, en forme de cornet (non visible sur la fig. 2 mais bien sur la fig. 1). Ces conduits 66 sont orientés dans des sens opposés et portent à leurs extrémités des patins coulissants qui prennent appui sur des faces correspondants des consoles 32.
Dans ces patins sont ménagés des orifices de sortie qui, lorsque les pales occupent leur position soulevée ou active, se trouvent en regard d'orifices d'entrée correspondants 67 prévus dans la face de butée. Ces conduits 66, en forme de cornet, servent dons à conduire l'air depuis l'espace 28 dans les bases 31 des pales, et ensuite dans le passage 53 formé entre l'enveloppe et la chemise de la pale, un conduit alimentant chaque pale.
La fige 3 montre l'emplacement des fentes ou ouvertures- ménagées dans la pale du rotor, On a prévu cinq ouvertures de ce ' genre, la première ouverture 71 se trouvant à ou à proximité de la' partie supérieure de la pale, les deuxième, troisième et quatrième ouvertures 72, 73, 74 étant réparties Vers l'arrière autour du ' pourtour de la pale; avec des intervalles de l'ordre de 20 à 30 , par exemple dans des positions décalées respectivement de 30 , 60 et 90 comme montré ou de 25 ,50 et 75 .
Ces quatre ouvertures sone toutes agencées de manière telle qu'elles puissent décharger
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r" minces couclftsffa11', depuis le passage 53 sur la partie 'arrière de la $yïffo de la pale depuis 3on extrémité libre jusqu'à ;sâbase, l'ouverture 71 étant orientée vers l'arrière par rapport " Jja|i|sens de rotato du rotor (indiqua par la flèche A) alors que ; :le, ouvertures t2/;-,73 sont orientées vers l'arrière et le bas, Met il 'ouverture 7-4 rs le bas. La cinquième ouverture 75 occupe ' =un position d1,.é&ale:nent opposée à celle de l'ouverture 71, ice4st-à-dire à ï proximité de à base de la pale, et elle est orientée de maître;, à décharger le-courant vers l'arrière et vers
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le'haut sur la situées de la pale..
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) t . : ;t ''#!# y : ! Pour l'aval, les pales 9 du rotor d'hélicoptère sont levées et verîeil 16es dans leur position active et les gaz ,:dp.'1tâs par les éeteur9 sont déviés pour alimenter les tuyères jài réaction 10 établies au bout des pales, ce qui fait tourner le iJor. L'air comprimé est égalaient fourni au nassage 53 prévu cte la pale et est déchargé sur la surface de celle-ci comme ) Visible sur la 1g. 3. Les courants, débités par le* ouvertures 1." 1 '?2. 73, 74 se renforcent mutuellement et les courants combinés 'êicoulent vers le bas sur le quadrant inférieur arrière de la 1 a?face de la pale dans un sens opposé à celui du. courant dirigé a le haut et vers l'arrière depuis l'ouverture 75.
Le point de Jttgr1at1on arrière P se trouve par conséquent a l'endroit où les
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.courants opposés se rencontrent en, un point du quadrant inférieur
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'fr1ère de la p.,et une portance s'exerce sur la pale du fait R de rèulation, de sorte que l'avion peut décoller }' tlcale:l1ent. Los; courants opposés ont aussi une tendance à . :''i s "4?riaer la zont;b1l10nnaire formée derrière la pale de sorte :,. la traînée EfJtJA:tm1nuae.
A mesuré "flue la vitesse en translation augmente, le poids i ,lllav1on est transféré aux ailes et l'entraînement du rotor d'hé- #- oPtère est iroapu, les gaz débités par les réacteurs étant déchargés vers Uiière pour propulser l'avion. Le rotor est arrè- é dans une posit1 dans laquelle ses pales sont orientées suivant je direction long1d1na1e de l'avion et, finalement., les pales
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sont descendues dans les encoches ménagées dans la partie supérieu- re du fuselage,
Pour l'atterrissage, les opérations se succèdent Jans un ordre inverse.
La position du point de stagnation arrière P et, par conséouent, la portance de la pale, sont déterminées par la force vive relative des courants opposés,. de sorte au'on peut faire varier la portance de la pale en réglant les débits massiques et/ou les vitesses de ces courants. Ceci a lieu, conformément à l'invention, en faisant varier les sections de décharge des ouver- tures 74, 75 à l'extrémité arrière et à la base de la pale, les sections des ouvertures 71, 72 et 73 restant constantes.
La modification de la portance a lieu à l'aide de commandes équi- valantes -à celles servant à produire la variation cyclique et collective du pas des pales d'un hélicoptère, ces commandes étant décrites en se référant à la fig. 4.
-Cette figure montre fragmentairement les ouvertures
74, 75 ménagées dans une des pales de rotor. Chaaue ouverture est délimitée, d'un côté, par une bande flexible 81a, 81b atta- chée à l'enveloppe 51 de la pale par l'un de ses bords. La bande recouvre une encoche contenant une poche ou une vessie gonflable
82a, 32b, relire par des tubes 86a, 86b aux côtés opposés d'un piston 87e logé dans un cylindre 88a, le cvlindre, les tubes et les vessies étant remplis avec un fluide hydraulique. Un cylindre analogue 88b est prévu pour l'autre pale du rotor et les deux cylindres sont montas, comme visible sur la fig.2, en ides points diamétralement opposés.dans l'espace annulaire 28, de sorte qu'ils sont entraînas en rotation avec le rotor.
Les'tubes
86a, 86b comportent des parties flexibles prévues entre la tête de rotor et la pale, à l'extérieur de celles-ci, pour permettre le mouvement de la pale autour de son pivot. Les pistons 87a, 87b sont montas sur des nous soirs 89a, 89b qui s'étendent vers le bas et traversent le diaphragme de fermeture inférieur 26 de la tête de rotor.
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Les extrémités Inférieures des poussoirs susdits portent des galets 90a, 90b qui roulent sur une plaque oscillante 91 montée sur une rotule 92 coaxiale au rotor. La rotule 92 est supportée par un piston 93 qui peut être souleva et abaissé dans un cylindre fixe
94 à l'aide d'un vérin 95. La plaque oscillante 91 peut être incli- née par l'action de deux autres vérins, tels oue 96, décalés de 90 . un se rend compte que, lorsoue la tête de rotor tourne, les pistons 87a, 87b sont déplaces suivant un mouvement alternatif en faisant varier ainsi la pression hydraulique agissant dans les vessies 82a, 82b.
Les sections de décharge des ouvertures corres- pondantes 74, 75, ménagées dans les pales opposées, varient cyclikquement en relation antiphase, de sorte oue la portance de la pale est modifiée cycliquement. Le contrôle du tangage et du roulis a lieu par la manoeuvre des vérins 96 qui provoauent l'inclinaison de la plaque oscillante 91, de manière à régler la relation de phase entre la rotation du rotor et la variation de la section de décharge. De plus, en faisant fonctionner le vérin 95, on peut soulever et abaisser l'ensemble de la plaque oscillante de manière à faire varier simultanément dans le même sens les sections de dé- charge des ouvertures correspondantes des deux pales de rotor, donc à modifier simultanément les portances des pales opposées.
Le mécanisme pour faire varier la section de décharge des ouvertures et pour effecteur l'éouivalent d'une commande cycli- que et collective du pas des pales peut évidemment être réalise différemment.
On voit que, pour le dispositif décrit, le débit de l'air qui contrôle la circulation est modifia à l'endroit où se fait la décharge et la réponse doit donc être en substance instantanée On évite également la nécessité d'alimenter séparément les ouvertu- res individuelles, toutes les ouvertures étant relises au passage commun 53 existant entre l'enveloppe 51 et la chemise 52 de la . pale.
Une certaine variation,. du nombre et de l'emplacement . des ouvertures, ménagées dans les pales du rotor, est possible.
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Ainsi, l'on peut adopter un nombre plus grand ou plus petit d'ouvertures à section de décharge constante dans la partie supérieure ,de la pale. Si la derrière des ouvertures de la série supérieures c'est-à-dire couverture 74, se trouve au-dessus de l'extrémité arrière de la pala, par exemple à proximité de la position à 60 , il peut être avantageux d'établir l'ouverture infé- rieure 75 en un point qui se trouve dans le ouadrant inférieur arrière et écarté de 20 ou 30 de la partie inférieure de la pale.
Dans ce cas, une ouverture additionnelle, orientée vers l'arrière et comportant une section de décharge constante, peut tre prévue, à la partie inférieure de la paie. La variation de la ortanc peut être obtenue en faisant varier la section d'une des ou@srtures 71.
72 et 73 plutôt que celle dé l'ouverture 74 mais, de toute manière, il est suffisant que l'on dispose de deux ouvertures à section variable dont une décharge vers le haut et l'autre vers le bas.
Une ou deux des ouvertures 71, 75 peuvent être décalée:! vers l'avant, suivant des angles de 10 à 15 , respectivement par rapport à la partie supérieure et la partie inférieure de la pale.
Il serait également possible de régler la portance à l'aide de distributeurs établis dans les conduits amenant de l'air aux ouvertures appropriées. Mais cela nécessiterait l'inter- vention de conduits d'alimentation individuels aboutissant aux diverses ouvertures cornue dans le bas du brevet antérieur dont question au début.