Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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EQUILIBREUR DE PRESSION A ECOULEMENT CONTROLE
La présente invention concerne un dispositif ayant la
forme d'une' cavité cylindrique en spirale, mobile ou pas,
pouvant s'adapter en extrémité d'aile à tous profils porteurs,
en particulier aux avions et aux planeurs ou pour appareils
demandant une portance accrue dans leur déplacement, permettant
de réduire la trainée induite, d'augmenter la poussée et
d'atteindre en vol ou en sustentation, de basses vitesses aux
grands angles d'incidence et de grandes vitesses en palier
croisière. Le résultat de cette invention permet d'utiliser, aux
performances initiales, de plus faibles motorisations, de faire
des trajets plus longs et plus vite tout en consommant moins de
carburant, d'utiliser des charges plus importantes.
En outre, ce dispositif permet d'augmenter considérablement
et artificiellement l' allongement d' une aile tout en conservant
son méme profil et l'aérodynamique initiale d'un avion ou d'un
appareil en sustentation à vitesse subsonique.
Tout objet se déplaçant dans l'air provoque une trainée qui
est la composante para1181e à la direction de l'écoulement. La
2o tramée a toujours posé problèmes pour voler et tous les
ingénieurs s'escriment à réduire cette résistance sur toutes les
parties d'un avion. Un avion sans aucune trainée est une pure
utopie. Pour faire voler un avion, c'est simple, il suffit
d'adapter une force propulsive ou tractive égale à sa traînée.
I1 existe plusieurs sortes de trainées sur un avion mais dans ce
cas précis nous nous intéresserons à la tramée induite.
Toujours dirigée parallèlement au vent relatif(12). C'est
la cause principale des tourbillons de bord de fuite(2): l'air
passe sur l'extrados(5) d'une aile tend à s'écouler vers
l'intérieur. I1 en est ainsi parce que la pression sur
l'extrados(5) est plus faible que la pression à l'extérieur des
bouts d'ailes. D'autre part, l'air en dessous de l'aile s'écoule
vers l'extérieur parce que la pression sur l'intrados(6) est
plus grande que celle qui règne à l'extérieur des bouts d'ailes,
l'air cherche donc continuellement à contourner l'extrémité des
ailes, de l'intrados(6) à l'.extrados(5). La façon peut-être
d'expliquer pourquoi un allongement élevé est meilleur qu'un
allongement faible serait de dire que plus l'allongement est
grand, plus la proportion d'air qui s'échappe par les bouts
d'ailes est faible et l'air qui contourne les bouts d'ailes
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n'est plus là pour produire de la portance, c'est ce qu'on
appelle parfois "une perte marginaleN.
Comme les deux écoulements, celui de l'extrados(5) et celui
de l'intrados(6), se rencontrent en bord de fuite(2) sous un
certain angle, ils forment des tourbillons qui tournent dans le
sens horaire, vus de l'arrière, derrière l'aile gauche et dans
le sens anti-horaire derrière l'aile droite. Tous les
tourbillons d'un méme c6té tendent à se rejoindre pour former un
seul grand tourbillon qui s'échappe de chaque bout d'aile et ces
1o deux grands tourbillons s'appellent les tourbillons
marginaux(10).
La plupart des pilotes ont vu, ou plus précisément, la
partie centrale de ceux-ci rendue visible par la condensation
car l'humidité .de l'air se condense à cause de la chute de
pression dans le coeur du tourbillon. I1 ne faut pas confondre
ces tramées avec la condensation produite par les gaz éjectés
des moteurs en haute altitude.
Si l'on considère maintenant le sens de rotation de ces
tourbillons,, on s'aperçoit qu'il y a un courant d'air vers le
2o haut à l'extérieûr de l'envergure des ailes et un courant d'air
vers le bas en arrière du bord de fuite. I1 ne faut pas
confondre ce courant d'air vers le bas avec la déflexion qui se
produit.normalement. Dans ce dernier cas, la déflexion vers le
bas s'accompagne toujours vers le haut en avant de l'aile si
bien que la direction finale de l'écoulement n'est pas modifiée.
Mais dans le cas des tourbillons marginaux(10), la déflexion
vers le haut se produit à l'extérieur de l'aile et non pas en
avant d'elle, si bien que l'écoulement quittant l'aile est en
fin de compte dirigé vers le bas et par conséquent, la portance,
3o qui agit perpendiculairement à l'écoulement, est légèrement
inclinée vers l'arrière et contribue à la trainée. Cette partie
de la trainée s'appelle la trainée induite.
Cette traînée induite est inversement proportionnelle au
carré de la vitesse, alors que le reste de la traînée est
directement proportionnel au carré de la vitesse.
Ce qui donne pratiquement: plus la vitesse de l'avion est
faible plus l'angle d'attaque de la corde du profil(3) de l'aile
devient important et plus le Cz est élevé. On comprend mieux que
cette trainée induite est très faible à haute vitesse, 10% de la
trainée totale, augmente en montée, 20% et plus de la trainée
~ci~~! L~ fi~z~~~I~fEE
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totale et maximàle au décollage où elle peut atteindre jusqu'à
70% et plus de la trafnée totale.
Pour se donner une idée sur la puissance nécessaire pour
s'opposer à cette tramée induite: il faut calculer la
résistance de cette trainée induite en Newtons et la multiplier
par la vitesse .de l'avion en mètres seconde, cela donne un
résultat en Watts et il ne reste plus qu' à convertir ces Watts
en chevaux pour obtenir ainsi l'équilibre à cette résistance
qu'est la trainée induite.
l0 A partir de cette explication technique on va mieux
comprendre l'application de ce dispositif quant à l'endroit o~l
il va être va être fixé.
Le dispositif, selon l'invention, est fixé solidaire en
bout d'aile. Fabriqué avec un matériau à la fois léger et
extrêmement dense, en l'occurrence un alliage aluminium ou du
titane ou encorè du composite comme la fibre de verre, le kévlar
ou le carbone car sa solidité doit étre à l'épreuve d'un double
flux provenant à la fois du vent relatif et de l'intrados de
l'aile. Ces deux mouvements de flux vont s'activer à leur
rencontre, se concentrer, s'éjecter.
Le dispositif selon l'invention, ayant la forme d'une
cavité cylindrique en spirale(7), est fixé à l'extrémité de
chaque aile, le long de la corde de profil(3) qu'on appelle
profondeur(4) en mécanique du vol.
Selon l'invention, la fixation de cette cavité cylindrique
en spirale(7) à l'extrémité de l'aile peut être monobloc ou
mobile selon l'utilisation des paramètres de vol de l'avion.
L'entrée de cette cavité cylindrique en spirale(7) est
positionnée à partir du bord d'attaque(1) de l'aile et dépasse
le bord de fuite(2) d'au moins 1/3 à ~ voire plus la profondeur
de l'extrémité de l'aile.
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FEU'L! E I!110~'=iEF
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EQUILIBREUR DE PRESSION A ECOULEMENT CONTROLE FIXE:
Vue de profil gauche, du saumon d'aile vers l'emplanture
bord d'attaque à droite: l'entrée du dispositif est taillée en
biseau(11) à partir du bord d'attaque(1) vers le bas et vers le
bord de fuite(2), ceci en ce qu'elle puisse aborder des angles
d'attaque importants aux basses vitesses et permettre ainsi
l'alimentation constante du flux d'air au vent relatif(12). En
prenant comme référence la corde de profil(3) c8té bord
d'attaque(1) vers le bord de fuite(2) , cet angle peut atteindre
l0 45° voire plus si cela est nécessaire ou si l'avion peut se
permettre de plus grandes incidences de vol.
Vue de face, saumon à gauche et emplanture à droite, c8té
bord d'attaque(1): fixée sur l'extrémité de l'aile et sur toute
sa profondeur(4), le début de la spirale de la cavité
cylindrique(7) commence en continuité de l'intrados(6) de l'aile
et sur toute sa profondeur ( 4 ) en dépassant le bord de fuite ( 2 )
d'au moins 1/3 à ~ voire plus la profondeur(4) de l'aile.
Dans un mouvement concentrique(23) de l'extrémité de l'aile
vers l'intrados(6) de l'aile, la fin de la spirale de la cavité
cylindrique(7) est représentée par sa tangente(26) parallèle à
l'intrados(6). L'espace entre le début et la fin de la spirale
détermine l'épaisseur(27) du flux d'air qui peut-âtre rectiligne
(27a) ou hélicoïdale (27b). Ceci en ce que la surpression(9)
provenant de l'intrados(6) puisse s'engouffrer dans cette fente
longitudinale sans refoulement. Cette épaisseur de flux
d'air(27) provenant de l'intrados(6) détermine un espacement
d'écoulement.. Cet écoulement linéaire en surpression(9) passe
entre la tangente(26) du bord de l'extrémité de la fin de la
spirale et l'intrados(6) de l'aile vers le début de la spirale .
Cette épaisseur d'écoulement(27) rectiligne(27a) ou
hélicoïdale(27b) peut-âtre calculée à partir du profil de
l'aile, de~ sa .surface alaire, de son allongement, de son
effilement, des vitesses en palier maximum et basses vitesses
aux grands angles etc...
Vue de profil droit, de l'emplanture vers le saumon d'aile,
bord d'attaque(1) à gauche, bord de fuite(2) à droite: selon
l'invention,, les deux bords de la spirale du dispositif sont
fixés entre eux et solidement à l'intrados(6) par deux ou
plusieurs tiges ou fixations rondes(24) espacées entre elles à
l'endroit de l'écoulement, de manière à diminuer la résistance
aux deux flux provenant de directions différentes:
FEUfI~ E i~.~IOC?ü'~~
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flux longitudinal du vent relatif(13) pénétrant de face et flux
latéral(14) provenant de la surpression(9) de l'intrados(6),
dévié par le vent relatif(12) vers le bord de fuite(2) de la
cavité cylindrique en spirale(7)et à la rencontre de ces deux
5 flux: l'un longitudinal avec une force linéaire, celui du vent
relatif(12) et l'autre latéral(14) ayant tendance à
compresser(22) le premier dans un mouvement consécutif compacte,
hélicoYdal et annulaire. Sorte de réaction qui s'accélère
jusqu'à l'éj~ction(21).
l0 Cette éjection(21) est d'autant plus forte que la vitesse
en palier est importante ou que l'incidence est forte aux basses
vitesses(15).
Étant donné qu'en entrée ~t en sortie du dispositif le flux
est plus ou.moins linéaire face au vent relatif à l'entrée au
bord d'attaque(1) et en sortie vers le bord de fuite(2) à
l'éjection. Il est très important d'assurer la canalisation de
ces fluides sans les perturber de trainées. I1 est aussi
important que le dispositif soit d'une résistance à toutes
épreuves aux forces qui s'exercent sur la spirale. Pour apporter
la solution à ces deux probl8mes, un profilé laminaire(25) de
faible profondeur maintient solidaire et monobloc en son milieu
et verticalement (en tenant compte que l'entrée du dispositif
est taillée en biseau) la cavité cylindrique en spirale â
l'extrémité de l'aile. Fixé donc verticalement à 90° de la corde
de profil de l'aile à partir du bord d'attaque de l'extrémité de
l'aile, il rejoint à 90° la tangente de la spirale déterminant
l'espace laissé au flux d'air intrados et pour finir fixé dans
le bas de la concavité, à 90° de la tangente.
Vue de dessus: parce qu'il gère une grande quantité de
tourbillons marginaux(10), l'avion équipé de ce dispositif à
chaque extrémité d'aile peut se présenter à de très fortes
incidences de vol en basses vitesses(15) ou de se présenter à
faible incidence avec grandes vitesses(16) bien chargé. Ces
configuratiôns, génèrent une grande quantité d'air provenant de
face au vent relatif(12) et de c8té provenant de l'intrados(6).
Le premier flux pénètre naturellement et a tendance à
compresser(22) le second, en biais, provenant latéralement de la
surpression(9) de l'intrados(6) de l'aile et sur toute sa
profondeur ( 4~) .
C'est pourquoi le dispositif, d'après l'invention, doit
dépasser du bord de fuite d'au moins de 1/3 à ~ voire plus, en
EEljfa ~ E Et~~'~~si=1EE
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~6
ce qu'il facilite l'éjection(21) surcompressée de ces deux flux
d'air.
Dispositif mis en place, selon l'iavention, cela donne une
nouvelle forme aérodynamique en bout d'aile, un peu comme un
bidon d'essence d'avion qu'on aurait rajouté, à la différence
qu'il a uné forme de tuyère(l'7) dépassant d'un 1/3 é ~ voire
plus le bord de fuite(2) de l'extrémité de l'aile.
Explication de cette prolongation par un rappel sur la
tramée induite: la surpression(9) continue de l'intrados(6) a
l0 une forte tendance à rejoindre naturellement la dépression(8) à
l'extrados(5~) en bord de fuite(2) et vers l'extrémité de l'aile
pour provoquer ce qu'on appelle le tourbillon marginal(10). Méme
avec ce dispositif pour que l'éjection(21) se fasse dans les
meilleurs conditions, sans être happée plus loin par la
dépression(8) de l'extrados(5), il devient logique de s'écarter
de ce problème en prolongeant le dispositif pour qu'il n'en soit
pas affecté et obtenir le meilleur résultat.
Pour avoir une idée de l' endroit o~3 doit commencer : cette
prolongation(18) de bord de fuite(2) de l'aile allant jusqu'au
bord de fuite de la cavité cylindrique en spirale(7), il faut
reporter la~longueur du dispositif qui dépasse du bord de fuite
de l'aile dans le direction de l'emplanture et en tracer
l'hypoténuse, angles arrondis. De ce fait, les flux et résidus
de flux latéraux et frontaux sont guidés jusqu'à l'éjection.
Selon l'invention, à l'intérieur de la cavité cylindrique
en spirale(7~) et. dans la partie dépassant de 1/3 à ~ voire plus
jusqu'à la sortie de flux, le dispositif fixe ou mobile est
équipé de fines lamelles aérodynamiques(39). Dépassant de peu
dans la concavité, elles sont fixées verticalement à 90° de leur
3o tangente(26) et sont orientées sens bord d'attaque(1)/bord de
fuite(2) de' l'aile, caractérisé en ce que cet équipement
rectifie le mouvement centripète(23) de tous les flux arrivant
dans cette zone et assure une éjection linéaire, puissante et
directe en sortie et loin derrière le bord de fuite(2) de l'aile
sans provoquer de retours de flux, inopinés ou pas, vers
l'extrados(5). '
Selon l'invention, dans le dispositif fixe ou mobile, la
pression engendrée par la vitesse de l'aile au vent relatif(12)
et la surpression(9) provenant de son intrados(6), toutes deux
concentrées vers un mouvement centripète(23) vers l'intrados(6)
de l'aile e't dans la cavité cylindrique en spirale(7) ayant
FEC.~IL~ E ~/IG~!;-''-~
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fatalement pour résultat une compression centrifuge su carré de
sa vitesse dans la surface de la spirale. Caractérisé en ce que
et à cet effet, le dispositif est équipé de soupapes(40) de
sécurité placées aux endroits les plus sollicités. Elles sont
intégrées ,c8té intrados, dans l'épaisseur de la spirale afin de
minimiser les trainées parasites. L'échappement de ces
soupapes(40) étant dirigé vers le haut, c'est à dire vers
l'intrados(6), pour que la dépression(8) entraine dans son
mouvement ces trainées parasites au moment o~1 elles se
1o produisent .
Selon l'invention, le dispositif fixe ou mobile, agissant
comme un venturi à l'instar d'une entrée d'air de carburateur,
est prédestiné au givrage dans les basses couches par forte
humidité, à cause du rapprochement température/point de rosée.
Caractérisé en ce que le dispositif est muni d'un système de
chauffage dans toute l'épaisseur de la spirale et sur toute sa
longueur, genre résistance électrique, glycol ou autres déjà
utilisés dans l'aéronautique, ce givre ou cette glace sera
neutralisée dës sa formation.
FEUILLE Pv9C~~tFi!~E
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EQUILIBREUR DE PRESSION A ECOULEMENT CONTROLE MOBILE:
Vue d'ensemble en perspective cavalière: ce dispositif,
selon l'invention est similaire à la cavité cylindrique en
spirale . fixe, é la différence qu' il soit mobile pour permettre
aux avions d'un certain tonnage de doser avec précision cette
trainée induite dans tous les cas. de figure de vol, en
l'occurrence, le dispositif presque fermé vers l'intrados(6) de
l'aile tangente(26) laissant passer 10% de la tramée induite
pour les vols üe croisière. Ce positionnement presque fermé
lo provoque à l'éjection le résultat suivant: le flux tournant sans
fin dit annulaire est connu pour étre d'un allongement infini
ayant pour conséquence aucune trainée en sortie de flux, ou
grand ouvert tangente(26) laissant passer la forte surpression
de l'intrados avec plus de 70% de tra2née induite aux
décollages, positionnement commandé soit par le pilote soit par
un système électronique automatique synchronisé réagissant aux
incidences de vol: pour une faible incidence en vitesse de
croisière(28), pour une moyenné incidence en montée(29) et pour
une forte incidence en basse vitesse(30).
Selon l'invention, le dispositif mobile est fixé par une
charnière(31) ~ partir du début de la spirale c8té extrémité de
l'aile. Cette charnière(31) part du bord d'attaque de l'aile
jusqu'au bord de fuite de la cavité cylindrique en spirale(7).
Selon 'l'invention, de méme que le dispositif fixe, la
cavité cylindrique est enroulée centripète(23) vers
l'intrados(6) de l'aile. La fin de la spirale de la cavité
cylindrique(7) est représentée par sa tangente(26) para1181e à
l' intrados ( 6 ) . L' espace entre le début et la fin de la spirale
détermine l:épaisseur(27) du flux d'air. Ceci en ce que la
3o surpression(9) provenant de l'intrados(6) puisse s'engouffrer
dans cette fente longitudinale sans refoulement. Cette épaisseur
de flux d'air(27) rectiligne(27a) ou hélicoidale(27b) provenant
de l'intrados(6) détermine un éspace d'écoulement, par rapport à
sa vitesse et son incidence de vol. Cet écoulement linéaire en
surpression(9) passe entre la tangente(26) du bord de
l'extrémité de~la fin de la spirale et l'intrados(6) de l'aile
vers le début de la spirale, le système du réglage mobile du
dispositif intervient:
Au lieû d'âtre fixée par des tiges ou fixations rondes(24)
4o directement à l'intrados(6) pour ne laisser passer qu'une
épaisseur du flux dépressionnaire latéral(14) pour toutes les
FE~JÜ.LE f.rCGis=!EE
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situations tie vol, la cavité cylindrique en spirale(7) est
maintenue par deux ou plusieurs biellettes(36) cylindriques sur
toute ~ sa longueur. Ces biellettes(36) goupillées(37) et
clipsées(38) é chaque extrémité, elles vont rejoindre une barre
de transmission(33) logée dans l'aile.
Logée dans une partie de la profondeur de l'aile, cette
barre de transmission(33) est fixée sur deux ou plusieurs
glissières en, queue d'aronde contenues et auto-lubrifiées,
lesquelles coulisseront, sens emplanture-dispositif-emplanture,
l0 dans des glissières en queue d'aronde contenantes également
auto-lubrifiées.'
AprBs quoi, il ne reste plus qu'à positionner le vérin au
milieu d'une autre barre de transmission(33), fixée elle, de
l'autre cbté, sur l'ensemble des glissières en queue d'aronde
contenues auto-lubrifiées.
Ce qui'donae au fonctionnement, un mouvement de réglage
puissant, dosé, précis et rectiligne de toute la cavité
cylindrique en spirale au passage des deux flux: vent relatif et
dépression latérale d'intrados.
A l'exception des biellettes(36) et de leurs fixations,
tout le reste du fonctionnement pour la mobilité du système se
loge dans l'aile, le but fondamental de l'aérodynamique se
concentre toujours à minimiser les trainées parasites.
30
40
FEUi!! E ~~~E~jri'-'E
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Nomenclature des dessins ci-dessous,
1 Bord d'attaque
-
2 Bord de fuite
-
3 Corde de profil
-
5 4 Profondeur
-
5 Extrados
-
6 Intrados .
-
7 Cavit cylindrique en spirale
-
8 Dpression.
-
10 9 Surpression
-
10 Tourbillon marginal
-
11 Biseau.
-
12 Vent relatif
-
13 Flux du vent relatif
-
14 - Flux dpressionnaire latral d'intrados
15 - Forte incidence aux basses vitesses
16 - Faible incidence aux grandes vitesses
17 - Tuyre
18 - Prolongement
19 - Hypotnuse
20 - Angles arrondis .
21 - Ejection
22 - Compression
23 - Enroul centripte
24 - Tiges ou fixations rondes
25 - Fixation verticale plate
26 - Tangente
27 - paisseur de la surpression d'intrados
27a paisseur rectiligne 27b - paisseur hlicodale
28 - Positionnement vitesse de croisire, faible incidence
29 - Positionnement vitesse de monte, moyenne incidence
30 - Positionnement basse vitesse, forte incidence
31 - Charnire ~ 32 - Vrin
33 - Barre de transmission
34 - Glissires en queue d'aronde contenue auto-lubrifie
35 - Glissires en queue d'aronde contenante auto-lubrifie
36 - Biellette 37 - Goupille 38 - Clips
39 - Lamelles 40 - Soupapes
FEUILLE ~10~;~'~EE
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11
La figure 1 est une vue de profil gauche montrant
l'emplacement du dispositif fixe par rapport à l'extrémi.té de
l'aile.
La figure 2 est une vue de face montrant l'emplacement du
dispositif fixe ~ l'extrémité de l'aile, c8té bord d'attaque.
La figure 3 est une vue de profil droit montrant
l'emplacement du dispositif fixe par rapport à l'extrémité de
l'aile vue en coupe. '
La figure 4 est une vue de dessus montrant l'extrados de
lo l'extrémité de l'aile et l'emplacement du dispositif fixe avec
sa prolongation et sa tuyère en bord de fuite.
La figure 5 est une vue arrière de la fixation montrant le
dispositif mobile et son principe de mobilité.
La figure 6 est une vue de face montrant le mouvement des
fluides et réaction de la soupape sur un dispositif fixe.
la figure 7 est une vue AA en coupe grossie du dispositif
mobile montrant l'emplacement du principe de mobilité
dispositif/intérieur de l'aile.
La figure 8 est une vue de dessus montrant la fixation du
dispositif mobilé dispositif/intérieur de l'aile.
La figure 9 est une vue de face/perspective cavalière
éclatée/grossie du dispositif mobile montrant l'emplacement des
soupapes au mouvement du fluidé rectiligne ou hëlicoïdal.
La figure 10 est une vue de profil droit du dispositif
mobile montrant la fixation et l'emplacement du principe de
mobilité.
La figure 11 est une vue de face du dispositif mobile
montrant son positionnement, avion en vitesse de croisière.
La figure 12 est une vue de face du dispositif mobile
montrant son positionnement, avion en vitesse de montée.
La figure 13 est une vue de face du dispositif mobile
montrant son positionnement, avion à la vitesse de décollage.
FELiIi.LE t~~Gnit='~~E
