FR3043651A1 - Avion comportant une aile formee d'une pluralite de surfaces portantes reparties - Google Patents

Abstract

Un avion (100) comporte un fuselage et au moins une aile (10) constituée, sur le plan aérodynamique, d'une pluralité de surface portantes (20), en nombre supérieur à dix, agencée dans un volume enveloppe (11), s'appuyant sur les surfaces portantes, de formes et de dimensions d'une aile de structure conventionnelle qui serait adaptée à l'avion (100) en considération de la masse de l'avion et de la vitesse de vol de l'avion. Avantageusement, les surfaces portantes (20) sont agencées de sorte qu'une section du volume enveloppe (11) dans un plan vertical XZ de l'avion présente une forme de profil aérodynamique. Les surfaces aérodynamiques (20) sont agencées par exemple pour obtenir en vue de dessus une formation en V avec une pointe orientée vers l'avant.

Description

AVION COMPORTANT UNE AILE FORMEE D'UNE PLURALITE DE SURFACES PORTANTES REPARTIES

DOMAINE DE L'INVENTION L’invention appartient au domaine des avions et aux ailes des avions. L'invention s'adresse tout particulièrement à une architecture aérodynamique d'un avion dans laquelle une multitude de surfaces portantes élémentaires sont réparties dans l'espace et agencées entre elles pour produire une portance nécessaire au vol de l'avion et de sorte à interagir pour limiter les effets défavorables sur la traînée et sur la masse globale des surfaces portantes.

La multitude de surfaces portantes est en particulier agencée pour constituer des formations organisées des surfaces portantes telles que des agencements en 2D observables dans les vols d'oiseaux migrateurs, les oies sauvages par exemple, ou des agencements en 3D observables dans les bancs de poissons vivant en groupes.

ÉTAT DE L'ART

Dans le domaine des avions, la force de sustentation, qui s'oppose au poids et permet à l'avion de voler, est assurée dans une très grande majorité des cas par une aile fixée au fuselage pour que la surface de l'aile soit répartie symétriquement sur les côtés gauche et droit du fuselage.

Le plus souvent l'aile est formée par une surface portante unique, plus rarement par deux surfaces ou trois surfaces superposées, exceptionnellement plus et de dimensions en envergure et en surface voisines, ou décalées longitudinalement.

Dans tous les cas connus les surfaces formant les ailes correspondent géométriquement chacune à une surface portante d'une aile ou d'un empennage conçue comme tel et dont la multiplication n'a pour objectif que d'obtenir la portance totale nécessaire en palliant des limitations structurales

De le cas des multiplans à surfaces portantes superposées dont l'usage a été répandu dans les débuts de l'aviation, comme illustré sur la photographie de la figure 1 du Caproni CA60, les performances aérodynamiques de l'aile, en particulier la traînée, sont dégradées mais, dans la recherche d'augmentation de la masse des charges utiles, il est tout de même augmenté la surface portante totale malgré les limites des structures de l'époque. L'aile développe une force de portance aérodynamique du fait de son déplacement relatif par rapport à la masse d'air dans laquelle se déplace l'avion.

La force de portance L est en particulier proportionnelle à la surface Sw de l'aile et au carré de la vitesse VO relative de l'écoulement par rapport à l'avion. Elle est également fonction d'un coefficient de portance CL, lui-même caractéristique du profil aérodynamique de l'aile et de son incidence, et de la masse volumique p de l'air qui dans l'atmosphère est une fonction de l'altitude et de la température.

Cette force de portance L est traduite dans la relation suivante : L = 1/2 p Sw CL VO2 L'aile d'un avion génère également une traînée D dont une composante, la traînée de frottement Df, est liée au frottement de l'écoulement aérodynamique sur les parois des surfaces portantes et dont une autre composante, la traînée induite Di, trouve son origine dans la portance. L'aile génère également d'autres traînées telle la traînée de forme et la traînée d'onde, pour cette dernière lorsque la vitesse ne permet plus de négliger les effets de compression en raison du nombre de Mach de vol.

La traînée D de l'aile correspond en pratique à la somme des différentes formes de traînées dont les importances relatives sont fonction des caractéristiques de l'aile et pour un avion donné sont fonction des conditions de vol de l'avion.

Depuis plus d'un siècle, dans le développement des avions, les ailes se sont adaptées aux besoins des masses au décollage et des vitesses de vol croissantes des avions par des évolutions de surfaces et d'augmentation de charges alaires.

Toutefois ces évolutions se sont faites, sur le plan géométrique, sans remettre en cause l'aile conventionnelle qui n'a sensiblement évolué que dans ses caractéristiques secondaires que sont principalement son allongement géométrique, sa flèche, sa forme en plan et son effilement, son épaisseur relative, sa fixation à la structure du fuselage.

Avec les progrès réalisés, en particulier dans le domaine des structures, il a été abandonné, sauf dans de rares cas de petits avions biplans, la solution des ailes multiplans au profit des ailes simples.

La figure 2 illustre un exemple d'avion 90 civil de transport de passagers comportant une telle aile 91 conventionnelle fixée à un fuselage 92 et d'un ensemble d'empennages arrières 93.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

La présente invention apporte une nouvelle architecture de surface portante pour améliorer les qualités aérodynamiques d'un avion en considération en particulier de la traînée aérodynamique. L'avion de l'invention comporte un fuselage et au moins une aile. Sur le plan aérodynamique, l'aile est constituée d'une pluralité de surfaces portantes, en nombre égal ou supérieur à dix, agencées dans un volume enveloppe, s'appuyant sur lesdites surfaces portantes, de formes et de dimensions d'une aile de structure conventionnelle adaptée à l'avion en considération d'une masse de l'avion et d'une vitesse de vol de l'avion. L'agencement de multiples surfaces portantes réparties dans un volume similaire au volume défini par une aile conventionnelle adaptée aux conditions de vol de l'avion considéré permet de répartir les efforts aérodynamiques sur les différentes surfaces portantes tout en bénéficiant d'interactions aérodynamiques entre les différentes surfaces portantes nécessairement proches les unes des autres dans le volume considéré.

Dans une forme de réalisation, les sections du volume enveloppe dans des plans verticaux XZ dans un repère de l'avion présentent une forme de profil aérodynamique.

Il est ainsi obtenu, dans un volume limité, une surface totale des surfaces portantes pouvant être supérieure à la surface en plan du volume enveloppe.

Dans une forme de réalisation, le volume enveloppe présente une forme en plan, en vue de dessus, appartenant à l'une des formes : rectangulaire, trapézoïdale, multitrapèzoïdale, elliptique. Egalement dans une forme de réalisation, combinable avec les diverses formes en plan, le volume enveloppe présente une forme en plan, en vue de dessus, présentant une flèche. L'angle de flèche peut être positif, vers l'arrière, ou négatif, vers l'avant.

Il est ainsi formé une aile avec les surfaces portantes pouvant reprendre une forme en plan d'ensemble correspondant à une forme adaptée aux conditions de vol de l'avion considéré.

Dans une forme de réalisation, une hauteur du volume enveloppe, considérée suivant la direction verticale Z d'un système d'axes de référence de l'avion, est toujours supérieure, en tout point du volume enveloppe, à une somme des hauteurs des surfaces portantes pour chacun des points considérés, autres que des points d'un bord d'attaque ou d'un bord de fuite dudit volume enveloppe.

Il est ainsi établi une transparence de l'aile à l'écoulement aérodynamique dans le sens longitudinal de sorte que toutes les surfaces portantes dans le volume enveloppe de l'aile sont exposées audit écoulement aérodynamique.

Dans une forme de réalisation, toutes ou partie des surfaces portantes sont fixées au fuselage par une emplanture de chacune desdites surfaces concernées. Dans ce cas chaque surface portante concernée est fixée directement au fuselage, et des agencements de structures utilisés sur des avions conventionnels pour fixer des ailes ou des empennages peuvent être utilisés.

Dans une forme de réalisation, l'aile comporte plusieurs surfaces portantes distinctes réparties suivant une envergure du volume enveloppe. Il est ainsi possible, tout en mettant en oeuvre des formes élémentaires simples pour les surfaces portantes, de répartir les surfaces portantes dans un volume enveloppe de forme complexe et ou pour respecter un agencement relatif des surfaces portantes entre elles.

En particulier dans une forme de réalisation, les surfaces portantes sont agencées, dans le volume enveloppe, suivant une envergure de l'aile, en vue de dessus, pour obtenir au moins une formation en V dont la pointe est orientée vers un bord d'attaque de l'aile.

Dans une forme de réalisation, toutes ou partie des surfaces portantes sont assemblées pour pivoter individuellement, ou par groupes, autour d'un axe orienté suivant une direction d'un axe transversal Y d'un système d'axes de référence de l'avion, ou orienté suivant une direction sensiblement parallèle à une direction d'une envergure de l'aile, ou orienté suivant une envergure de la surface portante considérée, de sorte à permettre de modifier en vol un calage aO de la surface portante considérée par rapport à un axe longitudinal X du système d'axes de référence de l'avion.

Il est ainsi possible de modifier en vol l'incidence d'une surface portante en particulier par la modification de son angle de calage et globalement de modifier dans l'aile les répartitions de la portance et de la traînée aérodynamique, en particulier pour assurer un contrôle de l'avion en tangage, en roulis ou en lacet de l'avion.

Dans une forme de réalisation, toutes ou partie des surfaces portantes sont assemblées pour pivoter individuellement, ou par groupes, autour d'un axe orienté suivant une direction sensiblement parallèle à un axe vertical Z d'un système d'axes de référence de l'avion, de sorte à permettre de modifier en vol un angle de flèche de la surface portante considérée par rapport à une direction latérale Y du système d'axes de référence de l'avion.

Il est ainsi possible l'aile à des conditions de vol données, en particulier à la vitesse.

Dans une forme de réalisation, le fuselage comporte plusieurs formes fuselées maintenues entre elles par des surfaces portantes de l'aile.

Il est ainsi réalisé un avion avec un fuselage comportant plusieurs compartiments distincts, indépendants, qui sont maintenus entre eux par une pluralité de surfaces portantes qui assurent non seulement une portance aérodynamique répartie entre les différentes surfaces portantes mais également une liaison structurale répartie.

PRESENTATION DES FIGURES

La description et les dessins d'un exemple de réalisation et de mise en œuvre de l’invention, permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l’invention. Il est clair que cette description est donnée à titre d’exemple, et n’a pas de caractère limitatif.

Dans les dessins : - la figure 1, déjà citée, une photographie d'un avion avec une aile multiplans de transport de passagers des débuts de l'aviation de transport ; - la figure 2, déjà citée, une représentation isométrique d'un avion de transport moderne avec une aile monoplan ; - la figure 3 un exemple d'aile à surfaces portantes de formes trapézoïdales réparties dans un volume enveloppe de l'aile ; - la figure 4 une vue en section de l'aile de l'invention matérialisant la surface extérieure du volume enveloppe et les sections des surfaces portantes réparties dans le volume enveloppe ; - la figure 5 une section AA dans un plan vertical YZ de l'aile représentée sur la figure 4 en section dans un plan XZ ; - la figure 6 un exemple d'agencement dans lequel une aile de forme en plan elliptique dans le volume enveloppe duquel sont agencées des surfaces portantes elliptiques réparties en envergure en formant un arrangement en V.

Les dessins montrent des représentations schématiques des principes directeurs de l'invention et sur une même figure ou sur différentes figures des parties représentant des éléments ayant la même fonction, même de formes différentes, sont identifiées par la même référence.

Il n'est pas prêté attention à l'échelle sur les dessins et différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à la même échelle sur un même dessin ou sur des dessins différents.

Il sera dans la description fait autant que besoin appel à un système d'axes lié à l'avion. Le système d'axes lié à l'avion comporte de manière conventionnelle un axe longitudinal X orienté positivement sensiblement suivant une direction de l'arrière vers l'avant de l'avion, un axe vertical Z, perpendiculaire à l'axe X et orienté positivement vers le bas, et un axe latéral Y perpendiculaire au plan XZ et orienté positivement vers la droite de l'avion de sorte à former un trièdre orthogonal direct XYZ.

Un avion 100 suivant l'invention comporte un fuselage 50 et une aile 10 dont les principes sont décrits infra dans un mode de réalisation. L'avion 100 comporte autant que besoin des surfaces d'équilibrage et de contrôle telle qu'un empennage horizontal pour équilibrer en tangage l'avion pendant le vol et telle qu'un empennage vertical pour équilibrer l'avion en lacet. Ces surfaces d'équilibrage et de contrôle ne sont pas illustrées sur les dessins ni décrites dans la description détaillée. Elles ne sont pas l'objet de l'invention et l'homme du métier mettra en oeuvre les méthodes et techniques connues de conception des aéronefs, en prenant en considération les caractéristiques aérodynamiques d'ensemble de l'aile 10 et du fuselage 50. Toutefois, ces surfaces d'équilibrage et de contrôle sont des surfaces générant des forces aérodynamiques et peuvent être réalisées suivant les principes de l'aile de l'invention. L'avion comporte également autant que de besoin des moteurs de propulsion. Les dessins de l'invention ne montrent pas de système de propulsion et l'homme du métier mettra en oeuvre ses connaissances dans le domaine de la propulsion des avions pour fixer des moteurs de propulsion sur la structure de l'avion. Dans le cas de l'invention, en raison de la structure de l'aile, de préférence les moteurs seront fixés au fuselage.

Il est connu dans le domaine des écoulements fluides que la présence d'un corps dans un écoulement perturbe le dit écoulement et que l'écoulement génère sur le corps des pressions à la surface dudit corps. L'intégrale des pressions donne les valeurs d'un torseur pouvant se traduire par une force et un couple appliqués en un point choisi du corps.

La force se décompose, de manière connue, par la projection dans un système d'axes lié à l'écoulement en une force de portance L et une force de traînée aérodynamique D.

Lorsque plusieurs corps sont placés dans un écoulement à des distances suffisamment faibles, d'un même ordre de grandeur que des dimensions caractéristiques des dits corps, les perturbations de l'écoulement provoquées par chacun des corps va affecter les caractéristiques de l'écoulement sur les autres corps et il en résulte vis à vis de l'écoulement un comportement collectif de l'ensemble des corps qui n'est pas la simple addition des effets individuels sur les corps qui seraient placés isolés les uns des autres dans un même écoulement infini amont.

Une illustration de ce type de comportement collectif est observée dans la précipitation de particules solides au sein d'un fluide qui, toutes choses égales par ailleurs, est sensible à la densité de particules en nombre par unité de volume et à la présence ou non de paroi confinant le fluide, en se plaçant à l'échelle du groupe de particules en précipitation.

Dans la présente invention il est mis à profit, sur des considérations aérodynamiques, un comportement de groupe en remplaçant une aile conventionnelle, telle que l'aile 91 de l'avion 90 illustré sur la figure 2, par une aile constituée principalement d'une pluralité de surfaces portantes de plus petites dimensions formant un groupe et réparties pour assurer au moins les fonctions réalisées par une aile conventionnelle.

La figure 3 illustre un premier exemple d'une forme de réalisation d'un avion 100 suivant l'invention dans lequel l'aile 10 est constituée d'une pluralité de surfaces portantes 20 réparties dans un volume de l'espace déterminant le volume d'une aile virtuelle.

Les surfaces portantes 20 sont maintenues dans leurs positions relatives par une structure de liaisons à laquelle chacune des surfaces portantes est fixée.

Sur l'exemple de la figure 3, un fuselage 50 de l'avion assure la fonction de structure de liaison, chaque surface portante étant de forme allongée en envergure et fixée par une emplanture de ladite surface portante audit fuselage à la manière d'une aile conventionnelle, c'est-à-dire de sorte à transmettre les efforts entre la surface portante et le fuselage.

La figure 3 ne montre de l'avion 100 qu'un seul côté d'un tronçon du fuselage 50, partiellement représenté, et des surfaces portantes, non visibles sur la figure, sont également réparties, de préférence sensiblement symétriquement, sur un côté opposé du fuselage, au moins pour respecter des conditions d'équilibre aérodynamique latéral de l'avion, au même titre qu'une aile d'avion conventionnelle présente une symétrie d'ensemble par rapport à un plan vertical longitudinal axial du fuselage, comme dans l'exemple illustré sur la figure 2.

Le fuselage est dans cet exemple de réalisation un corps fuselé, dont un grand axe est orienté en vol sensiblement dans le sens de l'écoulement aérodynamique, comme il est mis en oeuvre de manière connue pour transporter une charge utile d'un avion.

Par « pluralité de surfaces portantes >>, il doit être compris que le nombre de surfaces portantes 20 est suffisant pour donner à la pluralité desdites surfaces portantes un comportement collectif sur le plan aérodynamique sensiblement distinct de celui d'une aile conventionnelle ayant une surface Sw équivalente à une somme de surfaces individuelles Ssp(i) desdites surfaces portantes. En pratique un nombre de dix ou plus surfaces portantes 20, de préférence au moins quinze surfaces portantes, de chaque côté du fuselage, sont mises en oeuvre dans l'aile 10, les dessins ne représentant pas nécessairement un tel nombre pour la clarté des illustrations. Le nombre de dix surfaces portantes est nécessaire pour obtenir le bénéfice recherché des interactions aérodynamiques.

La figure 4 illustre, par une section de l'aile 10, un exemple de positions relatives des surfaces portantes 20 sur un des côtés du fuselage 50.

Lesdites positions relatives déterminent un volume enveloppe 11, s'appuyant sur les surfaces portantes 20, correspondant à l'aile 10 dans lequel sont inclus les volumes individuels desdites surfaces portantes, volume enveloppe qui correspond en section suivant un plan vertical XZ sensiblement à un profil aérodynamique comme le représente une trace d'une surface 12 dudit volume enveloppe représentée sur la figure 4 et également représentée sur le fuselage 50 de la figure 3.

Du fait que les différentes surfaces portantes 20 sont réparties séparées les unes des autres, dans le volume enveloppe 11, il résulte que dans une section verticale de l'aile 10, perpendiculaire à l'axe longitudinal X de l'avion et pour une position suivant X, une épaisseur absolue du volume enveloppe 11, matérialisé par la surface 12 dudit volume enveloppe, est toujours supérieure, quelles que soient la position en envergure suivant la direction latérale Y et la position longitudinale suivant X, à la somme des épaisseurs absolues des surfaces portantes 20 intersectées par ladite section verticale. De cette propriété de l'aile 10, schématisée sur la figure 4 et sur la section AA de la figure 5, il résulte une transparence de l'aile 10 à l'écoulement aérodynamique qui, à surface totale productrice de portance aérodynamique équivalente, a pour effet de diminuer la traînée aérodynamique D par rapport à une aile conventionnelle, en particulier la traînée de forme Df.

Chaque surface portante 20 correspond à une structure élémentaire qui détermine la forme de ladite surface portante.

Dans l'exemple illustré sur la figure 3, chaque surface portante 20 présente une forme en plan trapézoïdale, dans ce cas réduite aux dimensions voulues de la surface portante. Les surfaces portantes 20 se caractérisent également par la forme de leurs sections dans un plan vertical XZ parallèle à l'axe longitudinal X de l'avion qui est celle d'un profil aérodynamique pour une surface portante, par exemple un profil de la famille nombreuse NACA ou d'autres profils de conception plus récente. D'autres formes en plan sont bien sûr possibles pour les surfaces portantes avec autant de liberté de conception que les formes des voilures conventionnelles : rectangulaires, trapézoïdales simples ou multi trapézoïdales, elliptiques, droites ou en flèche, arrière ou inversée, ...

La forme elliptique, en particulier, est connue pour correspondre, sur le plan théorique, à une répartition de circulation optimale de la portance sur la surface portante considérée qui minimise la traînée aérodynamique induite par la portance Di.

Dans une forme de réalisation, non illustrée, les différentes surfaces portantes 20 d'une aile 10 n'ont pas toutes la même envergure, c'est-à-dire une même longueur suivant la direction latérale Y du système d'axe de l'avion. Une telle configuration a pour effet de donner, en vue de dessus, une forme non rectangulaire au volume enveloppe 11, par exemple une forme en trapèze ou une forme elliptique.

Toutes les surfaces portantes n'ont pas nécessairement le même angle de flèche, ni nécessairement la même forme en plan qui pourront être adaptées à une répartition des portances entre les différentes surfaces portantes et sur chacune des surfaces portantes.

Dans une forme de réalisation, non illustrée, toutes ou parties des surfaces portantes sont liées entre elles par des structures de liaison de maintien et ou de renforcement qui peuvent être fixées à une extrémité libre de chacune des surfaces portantes 10 concernées ou en des positions intermédiaires en envergure entre l'emplanture et l'extrémité libre d'une surface portante. De telles structures de liaison, permettent le cas échéant d'apporter une rigidité structurale améliorée de l'assemblage en aile des surfaces portantes concernées et de repousser les phénomènes d'instabilité de la structure de l'aile lorsque lesdites surfaces portantes sont soumises aux forces aérodynamiques.

Dans une forme de réalisation, les surfaces portantes 20, au moins certaines d'entre elles, sont fixées au fuselage de sorte à pouvoir pivoter de manière contrôlée autour d'un axe parallèle ou sensiblement parallèle à une direction suivant l'envergure de la surface portante considérée, ou à la direction latérale Y, de sorte qu'un angle a0 de calage en incidence de ladite surface portante par rapport à la direction longitudinale X de l'avion peut être modifiée en vol.

Une amplitude d'un tel calage est a priori limitée à des variations d'incidence aérodynamique sur chaque surface portante qui, en vol ordinaire de l'avion, ne devrait pas conduire à un décrochage aérodynamique de la surface portante considérée. Avec des profils aérodynamiques conventionnels les incidences de décrochage sont de l'ordre de +-15°, mais dans le cas de l'aile 10, ildoit être pris en compte les interactions aérodynamiques entre les différentes surfaces portantes 20 qui peuvent conduire à des calages pouvant atteindre des valeurs angulaires supérieures à 30° sans atteindre le phénomène de décrochage en raison d'incidences aérodynamiques locales, sur la surface portante 20 considérée, bien inférieures à l'incidence de l'aile par rapport à la direction de l'écoulement infini amont.

Dans ce mode de réalisation, il est possible de former, vis à vis du comportement aérodynamique de l'aile 10, une cambrure virtuelle du profil du volume enveloppe 11.

La cambrure est ici considérée comme virtuelle dans la mesure où la forme du profil correspondant au volume enveloppe n'est pas sensiblement modifiée mais que l'écoulement est lui modifié comme si le profil était effectivement d'une cambrure modifiée.

Par exemple une cambrure virtuelle positive de l'aile résulte d'une configuration modifiée des calages des surface portantes dans laquelle des surfaces portantes dans une zone de bord d'attaque de l'aile 10 sont orientées suivant une angle de calage aO à piquer, d'un angle positif autour de la direction de l'axe latéral Y, et dans laquelle les surfaces portantes dans une zone de bord de fuite de l'aile 10 sont orientées suivant une angle de calage aO à cabrer, des orientations angulaires de surfaces portantes intermédiaires entre la zone de bord d'attaque et la zone de bord de fuite n'étant que peu ou pas modifiées par rapport à une configuration de vol de croisière. Dans cet exemple de cambrure positive, il est obtenu un effet comparable à celui d'une aile conventionnelle pourvue de dispositifs hypersustentateurs de bord d'attaque et de bord de fuite, adapté à des conditions de vol à vitesses réduites comme pendant les phases de décollage et d'atterrissage.

La mise en œuvre de surfaces portantes 20 pivotantes individuellement ou collectivement permet d'obtenir différents effets sur le plan de la portance totale de l'aile, sur le plan de la traînée de l'aile et, par des dissymétries du pivotement de surfaces portantes réparties de chaque côté du fuselage 50, sur le plan de couples de roulis ou de lacet appliqués par l'aile 10 à l'avion 100.

Il est ainsi obtenu par des pivotements à cabrer ou à piquer de certaines surfaces portantes 20 d'augmenter ou de diminuer la portance soit pour réaliser un pilotage par contrôle direct de la portance, soit pour augmenter la portance lors d'un décollage ou pour détruire la portance au sol lors d'un atterrissage ou d'un décollage interrompu.

Une modification de portance différente entre les deux côtés de l'avion permet également de produire un couple en roulis autour de l'axe longitudinal X

Il est également possible par des pivotements différentiels de surfaces portantes situées sur un même côté du fuselage de modifier la traînée de l'aile à portance totale constante soit pour réaliser une fonction de freinage aérodynamique avec une application symétrique des pivotements différentiels sur les deux côtés du fuselage, soit pour générer des forces de lacet en générant un couple autour de l'axe vertical Z avec une application différente des pivotements différentiels entre les deux côtés du fuselage.

Des pivotements différentiels de surfaces portantes, entre des surfaces portantes situées près du bord d'attaque de l'aile 10 et des surfaces portantes situées près du bord de fuite de l'aile, permet également de modifier le couple à piquer ou à cabrer généré par l'aile 10 autour de l'axe transversal Y.

Ces différents exemples montrent que l'aile 10, par un contrôle individuel en vol des calages de toutes ou parties des surfaces portantes, permet d'agir sur les forces de portances et de traînées ainsi que sur les couples autour des différents axes X, Y et Z ce qui est avantageusement mis à profit pour le contrôle de la trajectoire et de l'attitude de l'avion en vol en réalisant le contrôle du calage des surfaces portantes par un système de commandes vol.

Dans une forme de réalisation, l'avion ne comporte pas d'empennage horizontal et ou ne comporte pas d'empennage vertical, ou des surfaces d'empennage réduites, les fonctions d'équilibrage, de stabilisation et de contrôle d'attitude autour de l'axe considéré étant alors assurées, au moins en partie, par le contrôle en vol du calage des surfaces portantes.

La possibilité de pivotement d'une surface portante 20 est par exemple obtenue par un arbre de rotation par lequel la dite surface portante est maintenue attachée au fuselage.

Une surface portante correspond à une juxtaposition de profils aérodynamiques dont une épaisseur est choisie suivant les critères aérodynamiques conventionnels, en particulier un Mach de vol en croisière, et suivant des critères structuraux.

Le choix du profil d'une surface portante relève des mêmes critères que pour celui d'un profil d'aile d'avion conventionnelle.

Suivant une forme alternative de réalisation, illustrée sur la figure 6, les surfaces portantes 20, représentées elliptiques sur la figure 6, sont en envergures de dimensions inférieures à l'envergure de l'aile et des surfaces portantes sont réparties dans le volume enveloppe 11 de l'aile 10 sans nécessairement être au contact direct du fuselage.

Les surfaces portantes 20 qui ne sont pas au contact direct du fuselage sont nécessairement maintenues au fuselage, et ou entre elles, soit par une structure de support spécifique, soit par une structure qui incorpore les différentes surfaces portantes, pour la transmission des efforts entre chaque surface portante et le fuselage 50. Ces structures ne sont pas représentées sur la figure 6.

Les surfaces portantes 20 sont ainsi réparties dans le volume enveloppe 11 de l'aile 10 comme dans le mode décrit précédemment en ajoutant une répartition suivant la direction latérale Y en envergure de l'aile 10.

Dans ce mode de réalisation, les surfaces portantes 20 sont avantageusement distribuées dans le volume enveloppe 11 pour tirer avantage des interactions aérodynamiques entre les différentes surfaces portantes.

Dans l'exemple de distribution des surfaces portantes 20 illustré sur la figure 6, lesdites surfaces portantes sont distribuées pour former en vue de dessus des formations en V, la pointe du V étant orientée vers le bord d'attaque de l'aile 10.

Ce type de distribution en V est en particulier mis en oeuvre par les oiseaux migrateurs pendant leurs longs vols de migration.

Dans une forme de réalisation, le fuselage de l'avion 100, décrit précédemment avec un seul corps fuselé, comporte, deux ou plus corps fuselés et allongés suivant la direction de l'axe longitudinal X, solution non illustrée, lesdits corps fuselés étant avantageusement maintenus entre eux par des surfaces portantes 20 de l'aile 10 suivant l'invention.

La mise en oeuvre d'un avion 100 conforme à l'invention, comportant une aile 10 formée d'une pluralité de surfaces portantes 20, permet d'améliorer les performances aérodynamiques de portance et ou de traînée par rapport à un avion comportant une aile conventionnelle.

Ces améliorations de performances résultent de la possibilité de réaliser des ailes ayant des volumes enveloppes dont les formes soulèvent des difficultés de réalisation dans le cas d'ailes conventionnelles, par exemple des flèches inversées.

Il résulte également un allègement des structures de l'aile et du fuselage en raison de la diminution des efforts absolus sur les surfaces portantes, lequel allégement conduit à une diminution des surfaces nécessaires pour assurer la portance pendant le vol, la suppression possible de surfaces d'empennages dont les fonctions peuvent être réalisées par des actions sur les surfaces portantes montées mobiles, des moments d’emplanture moindre sur le fuselage et des profils plus fins que l’on ne saurait pas réaliser sur des ailes plus grandes. L'avion 10 bénéficie également, avec des surfaces portantes mobiles, de capacités augmentées de contrôle aérodynamique de la vitesse par la traînée, de contrôle direct de portance et de fonctions d'hypersustentation sans nécessité de mettre en oeuvre de dispositif spécifique autre que les surfaces portantes 20 de l'aile 10 qui sont donc unitairement beaucoup plus simples qu'une aile pourvue de nombreuses surfaces mobiles comme le sont les ailes conventionnelles.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1 - Avion (100) comportant un fuselage (50) et au moins une aile (10) caractérisé en ce que l'aile (10) est, sur le plan aérodynamique, constituée d'une pluralité de surfaces portantes (20), en nombre égal ou supérieur à dix, agencées dans un volume enveloppe (11), s'appuyant sur lesdites surfaces portantes, de formes et de dimensions d'une aile de structure conventionnelle adaptée à l'avion (100) en considération d'une masse dudit avion et d'une vitesse de vol dudit avion.
2. 2 - Avion suivant la revendication 1 dans lequel des sections du volume enveloppe (11) dans un plan vertical XZ dans un repère de l'avion présentent des formes de profil aérodynamique.
3. 3 - Avion suivant la revendication 1 ou 2 dans lequel le volume enveloppe (11) présente une forme en plan, en vue de dessus, appartenant à l'une des formes : rectangulaire, trapézoïdale, multitrapèzoïdale, elliptique.
4. 4 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le volume enveloppe (11) présente une forme en plan, en vue de dessus, présentant une flèche.
5. 5 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel une hauteur du volume enveloppe (11), considérée suivant la direction verticale Z d'un système d'axes de référence de l'avion, est toujours supérieure, en tout point dudit volume enveloppe, à une somme des hauteurs des surfaces portantes (20) pour chacun des points considérés, autres que des points d'un bord d'attaque ou d'un bord de fuite dudit volume enveloppe.
6. 6 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel toutes ou partie des surfaces portantes (20) sont fixées au fuselage (50) par une emplanture de chacune desdites surfaces concernées.
7. 7 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel l'aile (10) comporte plusieurs surfaces portantes (20) distinctes réparties suivant une envergure du volume enveloppe (11 ).
8. 8 - Avion suivant la revendication 7 dans lequel les surfaces portantes (20) sont agencées, dans le volume enveloppe (11), suivant une envergure de l'aile (10), en vue de dessus, pour obtenir au moins une formation en V dont la pointe est orientée vers un bord d'attaque de l'aile (10).
9. 9 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel toutes ou partie des surfaces portantes (20) sont assemblées pour pivoter individuellement, ou par groupes, autour d'un axe orienté suivant une direction d'un axe transversal Y d'un système d'axes de référence de l'avion, ou orienté suivant une direction sensiblement parallèle à une direction d'une envergure de l'aile, ou orienté suivant une envergure de la surface portante (20) considérée, de sorte à permettre de modifier en vol un calage a0 de la surface portante considérée par rapport à un axe longitudinal X du système d'axes de référence de l'avion.
10. 10 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel toutes ou partie des surfaces portantes (20) sont assemblées pour pivoter individuellement, ou par groupes, autour d'un axe orienté suivant une direction sensiblement parallèle à un axe vertical Z d'un système d'axes de référence de l'avion, de sorte à permettre de modifier en vol un angle de flèche de la surface portante considérée par rapport à une direction latérale Y du système d'axes de référence de l'avion.
11. 11 - Avion suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le fuselage (50) comporte plusieurs formes fuselées maintenues entre elles par des surfaces portantes (20) de l'aile (10).