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WO 2006/016031 PCT/FR2005/001649
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Avion multimoteur.
La présente invention concerne un avion multimoteur et plus parti-
culièrement, quoique non exclusivement, un avion équipé de trois moteurs
dont deux sont associés respectivement aux ailes du fuselage symétri-
quement par rapport au plan longitudinal vertical de ce dernier et dont le
troisième est prévu en queue du fuselage au niveau des empennages ar-
rière.
On connaît déjà des avions équipés de trois moteurs ayant l'archi-
tecture résumée ci-dessus, comme le Lockheed L1011 et le McDonnell
Douglas DC-10 ou MD-11. En particulier, le troisième moteur est situé
structurellement et géométriquement entre l'empennage horizontal et
l'empennage vertical dont il porte la dérive. Ces avions, dont la conception
remonte aux années 1970 et dont certains sont encore en service, sont
équipés de moteurs puissants pour assurer des liaisons long-courriers mais
qui engendrent en raison de leur époque de conception un bruit important
et une consommation élevée de carburant. En effet, le bruit engendré par
le troisième moteur est particulièrement gênant pour les passagers situés à
l'arrière de la cabine, ainsi que pour les riverains des aéroports lorsque
l'avion est en phase d'atterrissage ou de décollage, puisque, de par l'em-
placement de ce troisième moteur, le bruit se diffuse tout autour de la par-
tie arrière du fuselage.
Aussi, cette architecture a été progressivement abandonnée pour
laisser place à une architecture plus simple du type biréacteur entraînant
des performances égales.
En effet, actuellement, à l'exception des avions très long-courriers,
du type Airbus A-340 et Boeing 747, les avions de ligne sont pour la plu-
part réalisés avec une architecture à deux moteurs tels que des turboréac-
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teurs, portés symétriquement et respectivement par les ailes du fuselage.
Grâce au progrès technique qui a permis de développer des turboréacteurs
particulièrement puissants et performants, ces avions biréacteurs peuvent
effectuer non seulement des vols court et moyen-courriers, mais les plus
gros d'entre eux sont certifiés également pour réaliser des vois long-cour-
riers en toute sécurité malgré seulement l'utilisation de deux moteurs et
même malgré un dysfonctionnement de l'un d'eux.
Cependant, en contrepartie, ces puissants turboréacteurs ont une
masse et une dimension de plus en plus élevées de sorte qu'ils obligent à
concevoir une structure d'avion (fuselage, ailes et train d'atterrissage no-
tamment) en conséquence pouvant supporter les contraintes et ils engen-
drent également un bruit non négligeable en raison de leur surdimension-
nement aussi bien pour les passagers que pour les riverains des aéroports
(en phase de décollage et d'atterrissage), malgré les progrès effectués
dans ce domaine par les motoristes.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
La présente invention vise un avion multimoteur pour assurer des liaisons
long-courriers, comprenant au moins deux premiers moteurs d'un type
turboréacteur et un troisième moteur d'un type turboréacteur qui est prévu
dans une
partie arrière d'un fuselage de l'avion multimoteur, le fuselage étant relié à
des
empennages arrière chacun comprenant respectivement un empennage arrière
horizontal et un empennage arrière vertical, l'empennage arrière vertical
étant
parallèle à un plan longitudinal vertical de symétrie du fuselage, les
empennages
arrière définissant un canal qui est symétrique par rapport au plan
longitudinal
vertical du fuselage, le troisième moteur étant agencé dans un plan de
symétrie du
canal correspondant au plan longitudinal et étant monté sur une partie
supérieure
du fuselage de façon surélevée et devant lesdits empennages arrière, pour
qu'une
sortie du troisième moteur se trouve sensiblement dans une entrée du canal
défini
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par les empennages arrière et se prolonge vers ladite entrée du canal défini
par les
empennages arrière, les deux premiers moteurs étant associés à des ailes du
fuselage respectivement et symétriquement par rapport au plan longitudinal
vertical
de symétrie du fuselage, les empennages horizontaux chacun comprenant des
stabilisateurs, les stabilisateurs de chaque empennage horizontal étant
inclinés
symétriquement vers l'arrière du fuselage pour former, lorsque vus dans un
plan
horizontal perpendiculaire au plan longitudinal vertical, un V ouvert ayant
une pointe
correspondant à une section où les stabilisateurs sont reliés à la partie
arrière du
fuselage, et ayant deux branches latérales qui correspondent à deux dérives de
l'empennage arrière vertical, situées en bout desdits stabilisateurs.
De préférence, à cet effet, selon l'invention, l'avion multimoteur
comprenant au moins deux premiers moteurs et un troisième moteur qui est prévu
au niveau de la queue du fuselage, qui comporte les empennages arrière, selon
le
plan longitudinal vertical de symétrie du fuselage, lesdits empennages arrière
définissant un canal, symétrique par rapport audit plan longitudinal du
fuselage, et
ledit troisième moteur étant agencé dans le plan de symétrie dudit canal
correspondant audit plan longitudinal et étant monté sur la partie supérieure
dudit
fuselage de façon surélevée et devant lesdits empennages, pour que la sortie
de ce
troisième moteur se trouve sensiblement à l'entrée dudit canal défini par
lesdits
empennages, est remarquable en ce que lesdits deux premiers moteurs sont
associés aux ailes du fuselage respectivement symétriquement par rapport au
plan
longitudinal vertical de symétrie de ce dernier, en ce que lesdits empennages
arrière défi-
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nissant ledit canal comportent un empennage horizontal muni de stabilisa-
teurs, et en ce que lesdits stabilisateurs de l'empennage horizontal sont
légèrement inclinés symétriquement vers l'arrière dudit fuselage pour for-
mer, lorsqu'ils sont vus dans un plan horizontal perpendiculaire audit plan
longitudinal vertical, un V ouvert dont la pointe correspond à leur liaison à
la queue dudit fuselage.
Ainsi, grâce à l'invention, la conception des empennages arrière et
l'agencement du troisième moteur à l'entrée du canal permet de réduire
considérablement les problèmes acoustiques précédents, puisque le bruit
engendré par le troisième moteur du fuselage est aspiré par le canal pour
s'évacuer le long de celui-ci, vers le haut loin du fuselage, c'est-à-dire
loin
des passagers situés à l'arrière de la cabine et a fortiori des riverains des
aéroports. Le bruit engendré est ainsi masqué par les empennages arrière
du fuselage qui constituent un écran acoustique.
En conséquence, comme l'invention s'affranchit en partie des pro-
blèmes liés aux nuisances sonores, on peut revenir à une architecture à
trois moteurs et concevoir alors des avions équipés avantageusement de
moteurs d'ailes dimensionnellement plus petits donc moins lourds et
moins bruyants, en conservant une puissance globale analogue à un bi-
réacteur équipé de gros moteurs.
Par ailleurs, l'utilisation de trois moteurs n'implique pas d'augmen-
tation de masse de l'avion comparativement à un avion à deux moteurs
(puisque les moteurs d'ailes sont plus petits), et la masse supplémentaire
liée à la conception du canal défini par les empennages arrière est large-
ment compensée par la perte de masse des atterrisseurs du fait qu'ils sont
dimensionnellement moins grands et moins volumineux en raison des mo-
teurs plus petits.
De préférence, ledit canal défini par les empennages arrière a sen-
siblement une forme en U dont la base correspond aux deux stabilisateurs
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de l'empennage arrière horizontal issus respectivement de part et d'autre
de la queue dudit fuselage, tandis que les branches latérales corres-
pondent aux deux dérives de l'empennage arrière vertical, situées en bout
desdits stabilisateurs.
Selon une autre variante, lesdits empennages arrière peuvent for-
mer un H dont la partie supérieure dudit H correspond audit canal.
Avantageusement, ledit troisième moteur disposé devant ledit ca-
nal est agencé de façon que son axe géométrique, contenu dans ledit plan
longitudinal vertical de symétrie, passe au voisinage de la base dudit ca-
nal. Ainsi, les gaz sortant du moteur sont "repris" en position basse du
canal et s'écoulent le long des empennages en perdant de leur intensité.
De préférence, la partie supérieure de la queue dudit fuselage est
aplatie dans un plan perpendiculaire audit plan longitudinal vertical de sy-
métrie du fuselage. Ainsi, quant ledit canal est en U, l'empennage hori-
zontal prolonge la queue aplatie du fuselage de façon sensiblement conti-
nue.
Par ailleurs, pour optimiser l'aspiration des gaz sortant du moteur
par le canal et masquer ainsi au mieux le bruit engendré, lesdits stabilisa-
teurs de l'empennage horizontal sont légèrement inclinés symétriquement
vers le haut pour former, lorsqu'ils sont vus dans un plan vertical perpen-
diculaire audit plan longitudinal vertical, un V ouvert dont la pointe corres-
pond à leur liaison à la queue dudit fuselage.
En outre, on sait que les avions civils sont équipés d'une généra-
trice de puissance auxiliaire, en plus des moteurs, notamment pour le
fonctionnement de servitudes lorsque l'avion est au sol. Selon l'invention,
ledit troisième moteur peut actionner la génératrice de puissance auxiliaire.
De plus, le troisième moteur peut être identique ou différent des
deux moteurs d'ailes.
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La présente invention vise aussi une méthode pour réduire un niveau de
bruit émis par un avion long-courrier équipé de deux moteurs d'aile de type
turboréacteur, les deux moteurs d'aile de type turboréacteur étant disposés de
façon symétrique un par rapport à l'autre, par rapport à un plan longitudinal
vertical
de symétrie d'un fuselage de l'avion multimoteur; la méthode comprenant les
étapes de:
réduire une puissance de sortie de chacun desdits moteurs d'aile;
équiper une partie arrière du fuselage avec des empennages arrière
définissant un canal, qui est symétrique par rapport audit plan longitudinal
vertical
du fuselage et qui a des branches latérales qui correspondent à deux dérives
des
empennages arrière et qui sont situées en bout de stabilisateurs
correspondants; et
monter un troisième moteur de type turboréacteur sur une partie supérieure de
la partie arrière du fuselage de façon à ce que le troisième moteur soit
surélevé par
rapport à la partie supérieure de la partie arrière du fuselage, et soit
disposé devant
les empennages arrière, de façon qu'une sortie de ce troisième moteur se
trouve
sensiblement dans une entrée du canal et se prolonge vers l'avant dans ladite
entrée du canal.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment
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l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques
désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation
de l'avion multimoteur conforme à l'invention.
5 Les figures 2, 3 et 4 sont respectivement des vues de côté, de
dessus et de face dudit avion représenté sur la figure 1.
La figure 5 est une vue en perspective agrandie de la queue dudit
fuselage, équipée du troisième moteur.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 4,
l'avion 1 comprend trois moteurs (du type turboréacteur), dont deux 2, 3
sont disposés sous les ailes 4, 5 du fuselage 6, respectivement symétri-
quement par rapport au plan longitudinal vertical de symétrie P de ce der-
nier, et dont le troisième 7 est prévu au niveau de la queue 8 du fuselage
qui comporte les empennages arrière horizontal et vertical 9 et 10, selon
le plan longitudinal P. La référence numérique 13 représente le train d'at-
terrissage usuel d'un tel avion.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 1, 4 et 5, les
empennages horizontal 9 et vertical 10 définissent, selon l'invention, un
canal 11 qui est, dans cet exemple, sensiblement en forme de U et qui est
géométriquement symétrique par rapport au plan longitudinal P du fuse-
lage 6. Le troisième moteur 7 est alors agencé dans le plan de symétrie du
canal, c'est-à-dire le plan P, et est avantageusement disposé en partie su-
périeure 8A de la queue 8 du fuselage, devant les empennages horizontal
9 et vertical 10, pour que sa sortie 7A soit située à l'entrée du canal 11,
comme le montrent notamment les figures 2 et 3.
Structurellement, l'empennage horizontal 9 se compose de deux
stabilisateurs 12 raccordés fixement à la queue du fuselage et agencés
symétriquement et respectivement de part et d'autre de son plan P. Ces
stabilisateurs définissent la base du U dudit canal 11 et, pour canaliser au
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mieux la propagation du bruit engendré par le moteur, ils sont inclinés vers
le haut et vers l'arrière par rapport au fuselage.
On voit ainsi sur les figures 1, 4 et 5 que les stabilisateurs 12 sont
légèrement inclinés symétriquement vers le haut par rapport à l'horizon-
tale, de façon à former un V largement ouvert dont la pointe correspond à
la zone 14 de la queue du fuselage qui les relie. La base du canal 11 en U
est ainsi légèrement concave. De plus, ces stabilisateurs 12 sont égale-
ment inclinés symétriquement vers l'arrière, lorsqu'on les voit de dessus
comme sur la figure 3, pour former un V largement ouvert fuyant le fuse-
lage et dont la pointe correspond à la zone de liaison 14. Bien évidem-
ment, les stabilisateurs 12 de l'empennage horizontal 9 sont munis de
gouvernes de profondeur respectives 15.
Quant à l'empennage vertical 10, il se compose de deux dérives
16 symétriques par rapport au plan P et qui sont rapportées fixement au
bout des extrémités libres des stabilisateurs 12, opposées à celles issues
du fuselage. Ces dérives 16 sont agencées verticalement, parallèlement
l'une à l'autre, et définissent les branches latérales du U dudit canal, de la
manière montrée notamment sur la figure 4. Des gouvernes de direction
17 sont en outre prévues au bord arrière des dérives et le bord avant de
celles-ci est incliné de sorte que chaque dérive, vue en plan comme sur la
figure 2, s'affine en direction de son bord d'extrémité supérieure.
Par ailleurs, la partie supérieure 8A de la queue 8 du fuselage est
légèrement aplatie dans un plan perpendiculaire au plan longitudinal verti-
cal P, de sorte que les stabilisateurs 12 de l'empennage horizontal suivent
approximativement le profil supérieur de la zone de liaison 14 alors aplatie
de la queue, comme le montre la figure 5 notamment.
Le troisième moteur 7, qui est disposé devant le canal défini par
les empennages 9, 10, est agencé de façon que son axe géométrique ho-
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rizontal A qui est contenu dans le plan P, passe en partie basse du U dudit
canal.
Aussi, pour cela, le troisième moteur est monté de façon surélevée
par rapport à la queue aplatie du fuselage pour que son entrée 7B soit si-
tuée au-dessus du fuselage comme le montrent les figures 2 et 4, et que
sa sortie 7A débouche en partie basse du U dudit canal 11, c'est-à-dire au
voisinage mais à distance de la zone de liaison 14 avec l'empennage hori-
zontal.
Ainsi, la température des gaz émis par la tuyère du moteur 7 n'af-
fecte pas la structure environnante, alors que les ondes acoustiques en-
gendrées se dirigent vers le canal 11 selon les profils indiqués schémati-
quement en B1 et B2 (voir ci-dessous) sur les figures 2 et 3.
Par la combinaison des empennages sous la forme d'un canal 11
en U et de l'agencement du troisième moteur 7 devant le canal dans son
plan de symétrie, les problèmes acoustiques liés à l'emplacement de ce
moteur sont en grande partie résolus, puisque les ondes acoustiques en-
gendrées par le moteur, sortant de la tuyère et de la soufflante (respecti-
vement références B1 et B2 sur les figures 2 et 3) se diffusent, selon les
profils indiqués, sur l'extrémité aplatie 14 de la queue 8 du fuselage et les
stabilisateurs 12 pour remonter schématiquement selon les flèches f (figu-
res 2 à 4), par l'agencement en V ouvert de ces derniers, vers et le long
des dérives verticales 17 d'où elles sont évacuées vers le haut et vers l'ar-
rière, c'est-à-dire au loin des passagers arrière et a fortiori des riverains
des aéroports.
Par l'utilisation d'un troisième moteur, on peut alors utiliser sous
les ailes deux moteurs de moindre poussée que celle des biréacteurs
usuels, donc moins bruyants et ayant moins de masse, de sorte que la
dimension et la masse du train d'atterrissage 13 (principal et avant) peu-
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vent être réduites, la perte de masse compensant largement la masse
supplémentaire entraînée par les empennages en U.
Par ailleurs, le troisième moteur peut également être utilisé pour
actionner la génératrice de puissance auxiliaire.
Bien évidemment, le troisième moteur pourrait avoir une puissance
différente des deux autres moteurs d'ailes.
