Etat de la technique Dans un avion il existe un phénomène appelé tourbillon marginal ou vortex qui absorbe une partie de l'énergie de propulsion. Ce tourbillon marginal est dû à la différence de pression entre la face supérieure de l'aile et sa face inférieure. La pression étant plus élevée sur la face inférieure de l'aile que sur sa face supérieure, l'air à tendance à se déplacer en bout d'aile de la face inférieure vers la face supérieure, ce qui crée un tourbillon tournant dans le sens des aiguilles d'une montre à l'extrémité de l'aile gauche en sens inverse à l'extrémité de l'aile droite.

Les vortex créent des turbulences qui ont des effets négatifs. Ils provoquent d'abord un accroissement de la traînée ou résistance à l'avancement qui doit tre compensée par un surcroit d'énergie de propulsion donc une diminution de rendement énergétique. Ensuite, cette traînée se produisant dans le sillage des ailes représente des risques considérables pour les avions qui décollent ou atterrissent, en particulier derrière les avions à fort tonnage qui provoquent de fortes turbulences.

Différents dispositifs ont déjà été élaborés dans le but de réduire les vortex. Ainsi le brevet US 2.075.817 utilise un dispositif de succion constitué par un tube Venturi combiné à une entrée d'air provenant des extrémités des ailes à 1'endroit du rétrécissement du tube Venturi. C'est donc un système complexe qui est mis en oeuvre et qui, en outre, consomme de

l'énergie comme tout système Venturi et nuit au rendement énergétique de l'avion.

Un autre dispositif décrit dans le brevet US 3.596.854 consiste à placer en bout d'aile un générateur de vortex qui récupère l'air à plus haute pression se trouvant sur la face inférieure de l'aile l'empchant ainsi de former les turbulences à l'extrémité de l'aile. Le générateur de vortex permet ainsi d'obtenir un vortex artificiel à la sortie du dispositif et d'éliminer les turbulences qui ne manqueraient pas de se produire sans la présence d'un tel dispositif.

Malheureusement un tel dispositif est complexe et consomme forcément une énergie non négligeable pour la génération du vortex. En outre, en ralentissant la circulation d'air par augmentation de la section du flux, il ne reste plus assez de force acquise pour créer un vortex efficace. En résumé, un tel dispositif crée plus de traînée qu'il n'en supprime.

Exposé de l'invention L'invention a donc pour but principal d'éliminer les turbulences dans le sillage d'une surface portante en mouvement.

Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif simple permettant de réduire fortement le vortex se formant dans le sillage d'une surface portante en mouvement telle qu'une aile d'avion tout en ne consommant quasiment pas d'énergie.

L'objet de l'invention est par conséquent un dispositif du type comprenant un moyen tubulaire placé à l'extrémité d'une surface portante en mouvement adapté pour recevoir de l'air à l'avant de la surface portante et éjecter de l'air à l'arrière de manière à réduire le vortex dû à la différence des pressions entre la face supérieure et la face inférieure de la surface portante, ledit moyen tubulaire étant un simple tuyère cylindrique de section circulaire.

Brève description des figures Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 représente une vue de dessus d'un avion muni de dispositifs selon l'invention pour éliminer les turbulences dans le sillage des ailes, la figure 2 représente une vue de face de l'avion muni de dispositifs selon l'invention illustré sur la figure 1, la figure 3 représente l'extrémité de l'aile d'un avion munie d'un tuyère conforme à l'invention, la figure 4 représente une coupe de l'aile d'avion munie d'une tuyère illustrée sur la figure 3, et la figure 5 est un diagramme représentant la portance en fonction de la traînée pour des ailes d'avion avec ou sans tuyères selon l'invention.

Description détaillée de l'invention Selon le mode de réalisation préféré représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif selon l'invention est constitué de deux tuyères 10 et 12 situées respectivement à l'extrémité des ailes 14 et 16 d'un avion.

Chaque tuyère 10 (ou 12) illustrée sur la figure 3 a la forme d'un cylindre de section circulaire. La longueur « de la tuyère est supérieure à la largeur «/ » de l'extrémité de l'aile (la corde) de telle sorte que le rapport L//soit compris entre 1 et 1,5 et de préférence égal à 1,33. De préférence, l'avant de la tuyère se trouve au droit de l'avant de l'aile alors que l'arrière de la tuyère se situe en retrait de l'arrière de l'aile de l'avion.

La tuyère illustrée en coupe sur la figure 4, a un diamètre « D » plus important plus important que l'aile de telle sorte que le rapport D/d soit compris entre 1,20 et 2, et de préférence égal à 1,75. Ainsi, pour une épaisseur « d » égale à 0,103m, l'efficacité maximale est obtenue avec une tuyère d'un diamètre de 0,180m.

Les essais en soufflerie ont démontré que la présence de tuyères conformes à l'invention situées à l'extrémité des ailes évitait les turbulences causées par le tourbillon marginal ayant lieu à l'extrémité et dû à la différence de pression entre la face supérieure de l'aile et sa face inférieure. Un vortex continue à se former à l'arrière de la tuyère et donc à consommer une partie de l'énergie de propulsion de l'avion.

L'énergie consommée étant proportionnelle à la vitesse périphérique de l'air dans le vortex, et la vitesse étant inversement proportionnelle au rayon du vortex, on a donc la relation suivante entre l'énergie consommée « E » et le rayon « r » de vortex : E = k/r 2 Il est donc judicieux que le diamètre de la tuyère soit le plus important possible, mais sans toutefois dépasser un rapport à l'épaisseur de l'aile d'approximativement 1,5 comme on l'a vu précédemment, au dessus duquel l'énergie à mettre en oeuvre pour compenser la traînée engendrée par la tuyère devient plus importante que le gain d'énergie dû à la tuyère. En outre, les meilleurs résultats sont obtenus avec un calage de tuyère négatif de-1° par rapport au calage de l'aile.

Le diagramme de la figure 5 illustre parfaitement l'efficacité de la présence de tuyères. Sur ce diagramme, les courbes I et II représentent le coefficient de portance Cz en fonction du coefficient de traînée Cx, sans tuyères dans le cas de la courbe I et avec la présence de tuyères selon l'invention dans le cas de la courbe II.

La traînée totale Cx est la somme de la traînée Cxo occasionnée par le frottement de l'air sur l'aile et la traînée Cxi induite par la portance de l'aile. Cette dernière est due pour la presque totalité aux fuites en bout d'aile (pour des ailes de longueur infinie, elle serait nulle). La traînée Cxo est constante quelle que soit la portance. Ainsi en est-il dans 1'exemple illustré sur la figure 5, de la traînée Cxos sans tuyère (segment AB) et de la traînée CXOT avec tuyère (segment AC).

Bien sûr, la traînée CXOT avec la présence des tuyères est supérieure à la traînée Cxos sans les tuyères.

Comme on le voit sur la figure 5, la traînée Cxi sans les tuyères (courbe I) augmente plus vite que la traînée Cxi avec présence des tuyères (courbe II). Pour un coefficient de portance Cz = 0,5 qui est une valeur commune à la majorité des avions, la traînée CxiT obtenue avec la présence des tuyères (représentée par le segment CD) est inférieure à la traînée Cxis obtenue sans la présence des tuyères (représentée par le segment BE) selon un rapport CD/BE égal à 0,578, soit un gain de 42%. Par conséquent, le rapport de la traînée totale Cx avec la présence des tuyères (représentée par le segment AD) à la traînée totale Cx sans tuyères (représentée par le segment AE) est égal a 0,86, soit un gain de 14% malgré la présence des tuyères créant une surface ajoutée de 32% (rapport AC/AB).

Le dispositif selon l'invention a permis d'obtenir un effet surprenant sur la valeur de la traînée induite. En effet, il est connu d'exprimer la traînée induite, à une constante près, de la façon suivante : k Cz2. S ci--.<BR> <P>7L B 2 dans laquelle S est la surface des ailes et B est 1'envergure de l'avion. Pour une aile dite parfaite, le coefficient k a une valeur égale à 1. Il s'avère que la présence des tuyères selon l'invention a permis de diminuer la valeur de k au dessous de 1 jusqu'à 0,727.

On doit noter, comme le montre le graphique de la figure 6 qui illustre les résultats obtenus au centre d'essais aéronautique de Toulouse, que la présence des tuyères selon l'invention permet d'obtenir la mme portance qu'en l'absence de tuyères en utilisant un angle d'attaque inférieur, par exemple un angle de 5,40° au lieu d'un angle de 7,3°, ce qui est une autre façon de mesurer le gain apporté par les tuyères selon l'invention.

Les turbulences qui se manifestent à l'extrémité des ailes se manifestent également à l'extrémité des gouvernes de

profondeur et de direction se trouvant en queue de l'avion. Il peut donc tre judicieux de placer des tuyères selon l'invention aux extrémités de 1'empennage de l'avion.

Les essais ont également montré que le gain optimal obtenu par la présence des tuyères était meilleur avec certaines formes d'ailes. Ainsi, la forme d'aile rectangulaire qui est la plus facile à construire s'adapte parfaitement à la présence des tuyères à l'extrémité dans la mesure où ces dernières permettent d'améliorer grandement le coefficient de traînée qui autrement reste important si on le compare à celui d'une aile elliptique très coûteuse à construire.

En utilisant le dispositif selon l'invention, la configuration obtenue avec la présence des tuyères en bout d'ailes s'apparente à un biplan avec deux ailes collatérales (celle d'extrémité étant cylindrique) au lieu d'tre superposées. Ceci est important à signaler dans la mesure où les turbulences qui, normalement, se produisent aux extrémités d'une voilure portante, ne peuvent pas se produire sur une aile cylindrique.

Bien que le mode de réalisation préféré de l'invention soit l'application aux ailes d'avion, il va de soi que l'invention peut tre appliquée partout où le but est d'éliminer les turbulences se trouvant dans le sillage d'une surface portante en mouvement, notamment dans le cas de pales d'hélice ou de ventilateur, de carène de bateau, etc...