Brevet FR2010875A1 — publié le 19700220

" 1 " 2010875 Cette invention concerne des pales d'hélicoptère composées d'un longeron structural et d'un carénage arrière non structural coopérant avec lui -pour définir la section aérodynamique transversale de la. pale; elle concerne plus particulière-5 ment une telle pale dans laquelle le longeron structural est non homogène. Dans le domaine des pales d'hélicoptère, l'approche initiale a été de fabriquer la pale pour qu'elle ait une section transversale substantiellement uniforme et qu'elle soit de cons-10 truction homogène. Oette construction était simple, mais la pale se montrait beaucoup trop lourde. Pour essayer d'alléger les pales d'hélicoptère, on les a alors fabriquées du type monocoque. Une telle pale était substantiellement uniforme mais tous les éléments de structure 15 étaient placés à sa périphérie de telle sorte qu'elle était plus ou moins creuse. Bien que cette construction monocoque produisait la légèreté désirée, elle avait le désavantage que le bord de * fuite devait être fait très mince et ne pouvait pas supporter les efforts de flexion latéraux. 20 L'expérience avec les pales monocoques a amené les constructeurs à réaliser que des raidisseurs courant perpendiculairement à la corde de la pale étaient nécessaires pour la résistance. Les premières expériences avec des pales d'hélicoptère ont montré qu'il existait pour ces pales les problèmes de vibra-25 tions; on s'est donc rendu compte qu'il était important de positionner sélectivement le centre aérodynamique, le contre de masse (centre de gravité) et l'axe de torsion (centre de cisaillement) de la pale, et de les faire de préférence coïncider. Ceci signifiait que le poids de la pale devait se trouver à 30 11 extrémité avant et que son bord de fuite devait être de construction légère. L'expérience avec de tels bords de fuite légers, continus, a montré que ce type de bord de fuite ne pourrait supporter les charges auxquelles il était soumis et, par conséquent, que le bord de fuite se romprait. Pour surmonter ces défauts des 35 bords de fuite légers, on a dessiné des pales d'hélicoptère pour que le bord de fuite soit fait d'une série de poches non strucu-trales en contact l'une avec l'autre mais libres de se déplacer l'une par rapport à l'autre. Ce développement a amené une construction de pales 40 d'hélicoptère dans laquelle l'élément structural est un longeron 69 18103 - 2 - 2010875 formant la partie avant de la pale et dans laquelle cette série de poches non structurales forme le bord arrière ou bord de fuite de la pale, est reliée au longeron et-coopère avec lui pour définir la section transversale, en forme d'aile, de la pale. Pour 5 éviter la flexion dans une pale de cette construction, on a trouvé-nécessaire d'ajouter des contre-poids non structuraux au bord d'attaque du longeron pour contrebalancer les poches non structurales du bord de fuite. Une telle pale de rotor d'hélicoptère est représentée dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no. 10 2o754.91? et 2.754 Un objet important de la présente invention est de ré-20 duire le poids des pales d'hélicoptère par une structure dont les proportions et les matériaux sont choisis pour qu'il faille moins de matériaux non structuraux sous la forme de contre-poids au bord d'attaque. Un autre objet de cette invention est de fournir un moyen pour placer l'axe de flexion et l'axe du centre de masse 25 de la pale d'hélicoptère en une position unique souhaitable de telle sorte que la pale peut être retenue le long de cet axe et ne fléchira donc pas latéralement.sous l'influence de la force centrifuge . Selon la présente invention, le longeron structural est 50 £ai"t non homogène et comprend une partie avant de forme, de dimensions et de propriétés physiques choisies, et un élément arrière de forme, de dimensions et de propriétés physiques choisies pour qu'il ait un module d'élasticité supérieur à l'élément avant et que le rapport du module d'élasticité à la densi-fep arrière soit supérieur au rapport du module d'élasticité de l'élément avant. Selon un autre aspect de la présente invention, le longeron structural est fait de deux parties indépendantes jointes par un matériau de liaison approprié de façon à éliminer ou à 40 retarder la propagation des ruptures dans tout le longeron. 69 18103 "3- 2010875 Selon encore un autre aspect de la présente invention, la paleK d'hélicoptère peut être fabriquée de'telle sorte que son centre aérodynamique et son centre de gravité, et le centre de masse, centre de gravité, axe de flexion et axe de torsion du 5 longeron" structural puissent être positionnés de façon sélective et, de préférence, coïncident. L'invention permet d'utiliser un élément structural arrière qui a toute forme choisie jjjour: positionner sélectivement l'axe de torsion du longeron, permettre un essai sous pression 10 de celui-ci lorsque cette partie du longeron est un élément creux, et permettre de séparer les parties avant et arrière du longeron structural lorque cette construction de pale est utilisée dans une pale à rapport d'allongement faible. Selon un autre aspect de cette invention, la partie 15 avant du longeron, à faible module,' est dessinée pour avoir une section transversale creuse ou en forme de D, et pour que son centre de masse et son centre de gravité coïncident. Des poches non structurales sont ajoutées au longeron et ces poches sont de forme et de dimensions choisies pour que le centre aérodynamique 20 de la pale coïncide avec le centre de masse du longeron et soit situé en arrière du centre de gravité du longeron. Le choix est possible d'utiliser certaine forme de contre-poids non structuraux pour faire coïncider le centre de gravité de la pale avec le centre de masse du longeron et le centre aérodynamique de la pale. 25 Ges contre-poids ne seront pas nécessaires dans tous les cas, et, lorsqu'ils seront.utilisés, ils seront beaucoup plus légers que les contre-poids ron structuraux de la technique antérieure décrits plus haut.La partie du longeron à module élevé est placé en arrière de, et est fixée à la partie avant à module faible pour 30 amener le centre de gravité du longeron à coïncider avec le centre aérodynamique et le centre de. gravité de la pale. Dans une telle construction, les contre-poids non structuraux susmentionnés ne sont certainement pas nécessaires. De plus, la forme, la surface en section transversale, le module d'élasticité et la densité des 35 parties structurales avant et arrière du longeron sont choisis pour que 1'axe de flexion et 1'axe de torsion du longeron coïncident avec le^ centre aérodynamique et le centre de gravité de la pale. L'invention permet d'utiliser un longeron non homo-40 gène construit en une pièce ou en deux pièces avec des fibres à SAD ORIGINAL 69 18103 - 4- - 2010875 module élevé courant dans les parties structurales dans des directions choisies pour que le rapport module densité de la partie arrière du longeron soit supérieur au rapport module densité de la partie avant du longeron. 5 Des modes de réalisation de l'invention seront main tenant décrits en se référant aux dessins annexés sur lesquels; La Figure 1 est une vue en plan d'une pale moderne d'hélicoptère utilisant un longeron structural et des poches de bord de fuite non structurales, 10 La ligure 2 est une coupe transversale montrant la pale d'hélicoptère connue pour montrer le longeron, les poches non structurales et les contre-poids non structuraux, de même que les paramètres de la pale établits par ceux-ci, La Figure 3 correspond à la Figure 2, maisnontre une 15 telle pale d'hélicoptère utilisant un longeron non homogène enseigné ici, La Figure 4 est une section transversale montrant un longeron structural non homogène, elle indique la position des centres de gravité des parties du longeron par rapport au bord 20 d'attaque de la pale, La Figure 5 est semblable à la Figure 4 et indique la position du centre de gravité ou centre de masse du longeron non homogène à partir du bord d'attaque (ïm) cl© la- pale, et la position de l'axe neutre de flexion du longeron à partir du bord d'at-25 taque de la pale (ï )', La Figure 6 est une section transversale montrant encore une autre réalisation d'un longeron structural non homogène càns lequel la' partie du longeron à module élevé a. une forme irrégulière et est en effet une poutre avec une paire de semelles re-30 lativement épaisses, La Figure 7 #s"b "un© section transversale montrant une autre réalisation possible du longeron structural non homogène, dans lequel les deux éléments du longeron sont de forme tubulaire de façon à permettre une mise sous preœion pour y détecter des 35 ruptures, et formé sous la forme d'une poutre à deux cellules, La Figure 8 est une section transversale montrant une autre réalisation d'un longeron structural non homogène ayant un interface irrégulier entre ses parties à module élevé et à module faible et qui donne une surface de liaison substantielle entre les 40 •parties, 9AD ORIGINAL 18103 2010875 La Figure 9 est une section transversale montrant encore une autre réalisation de la pale d'hélicoptère enseignée ici, où le longeron structural non homogène comprend deux éléments qui ne sont pas bout à bout mais sont reliés ensemble par un troisième élément. La Figure 10 est une vue en plan d'un longeron d'hélicoptère non homogène dont les paries sont faites de matériaux composites incluant des fibres qui s'étendent à travers elles, La Figure 11 est semblable à la Figure 1G si ce ns est qu'elle illustre une configuration de longeron non homogène fait d'un matériau composite dans lequel les fibres s'étendent suivant des angles différents par rapport à l'axe longitudinal de la pale à différents endroits de la pals, La Figure 12 est une section transversale montrant un longeron non liomogène fait de matériaux de module d'élasticité substantiellement égaux mais de densités différents„ En s® référant a la Figure 1, on voit une pale moderne 10 d'hélicoptère qui comprend un pied 12; un bout 14 et une surface portante 16 s'étendant entre eux et coopérant avec eux pour fonaer l'envergure de la pale. La pale 10 comprend également un bord d1attaque 18 et un bord de fuite 20 qui définissent entre eux la profondeur de lsaile. La pale 10 comprend un longeron structural 22 qui s'étend sur la longueur de la. pale et définit son bord d'attaque 18. Une pluralité de poches 24 non structurales sont fixées au longeron 22 de façon appropriée et coopèrent avec lui pour former le profil 16 de la pale. Une calotte d'extrémité 26 enveloppe le bout du longeron 22 et la poche 24 la plus extérieure. La pale 10 est reliée au rotor 30 de l'hélicoptère par- des moyens de connexions 32, elle est portée par le rotor 30 pour tourner de façon à produire la force "ascentionnelle et ainsi déplacer d'hélicoptère. Le rotor 30 et les moyens de connexions 32 ne font pas partie de cette invention mais peuvent être du type représenté dans les breveta des Etats-Unis dJAmérique no, 2.923.130 et 5.097.701o En se référant à la Figure 2, on y voit une pale d'hélicoptère connue du type enseigné dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no. 2.754.917 et 2.754.918 auxquels on peut se BAD ORIGINA! 69 18103 2010875 référer pour une description plus détaillée des pales d'hélicoptère décrites ici. Cette pale connue se compose d'un longeron homogène 22 symétrique par rapport à la corde de la pale 34-, creux et substantiellement en forme de D en section transversale, 5 Le longeron 22 définit le bord d'attaque 18 de la pale tandis que des poches non structurales 24- définissent son bord de fuite 20. Ces parties ont des sections transversales de forme choisie pour que le centre aérodynamique de la paie 10 se situe le long de l'axe 40 3'étendant dans le sens de 1*envergure» Le longeron 22 10 est formé de façon spécifique pour que son centre de masse soit également le long de l'axe 4-0 et coïncide donc avec le centre aérodynamique de la pale. Des contre-poids non structuraux 42 sont placés à l'extrémité avant du longeron 22 pour contrebalancer les poches non structurales 24 de façooa à placer le centre de 15 gravité de la pale sur-l'axe 40 également, de telle sorte- qu'il coïncide donc avec le centre aérodynamique de la pal® et le centre de masse du longeron. Remarquant les axes 2 et T associés à la iig-aro 2, les caractéristiques de cette pale sont telles que l'axe de flexion ou axe neutre dans une direction Tf est exacte-20 ment sur- le centre de masse 40 du longeron tandis que le centre de cisaillement du longeron est approximativement sur le centre de masse du longeron» . On notera que, bien que les contre-poids 42 non structuraux. de la Figure 2 soient nécessaires pour contrebalancer les 25 poches non structurales 24, et soient caractérisés en ce qu'ils n'affectent pas la position de paramètres de la pale tels que l'axe de flexion, ils ne remplissent néanmoins aucune .fonction utile de support de la charge; donc, ils est souhaitables de les éliminer ou de réduire leurs dimensions « ;>û Comme dit précédemment, c'est l'objet de cette inven tion de réduire le poids global de la paie et de maintenir un rapport résistance poids élevé dans la pale en utilisant un longeron non homogène tel que celui représenté à la Figure" '3- le longeron non homogène 22'de la Figure 3 qui se compose d'une par-35 tie .avant 22e. à faible module et..d'une - partie arrière 22b à modub élevé, est substitué au longeron homogène 22 de la construction connue de la Figure 20 On substitue donc ici un élément structural tel que la partie arrière 22b, à module élevé du longeron structurai à tout ou à une partie des contre-poids non structu-40 raus.42 de la Figure 2. L'addition d'un tel élément structural a BAD ORIGINAL 69 18103 - 7 - 2010875 cependant un effet sur des paramètres importants de la pale tels que l'axe de flexion, le longeron non homogène 22' a une profondeur substantiellement réduite par rapport au longeron homogène 22 de la Figure 2. 5 On remarquera que, dams le longeron non homogène 22', le centre de gravité 44 est positionné en avant du centre aérodynamique 4-6 de la pale. En accord avec ceci,*lorsque des poches non structurales sont fixés au longeron 22', le centre de gravité de toute la pale peut être déplacé pour coïncider avec le centre 10 aérodynamique 46, et, s'il est nécessaire de le faire glisser veis l'avant, on peut utiliser un contre-poids 48 non structural très petit. Il faudrait noter que si un contre-poids est nécessaire en 48, il sera substantiellement plus petit et plus léger que le contre-poids 42 de la construction connue de la Figure 2 du fait 15 du déeolage initial entre le CG du longeron et le centre aérodynamique de la pale. Cependant, un problème naît lorque l'on désire faire également coïncider l'axe de flexion avec le CG de la pale et le centre aérodynamique au point 46. On peut mieux se rendre compte 20 de ce problème en considérant les Figures 4 et 5* Aux Figures 4 et 5, on voit une représentation en coupe d'un longeron non homogène 22' incluant la partie avant à faible module 22a et la partie arrière 22b à module élevé. La surface, la densité et le module d'élasticité de la partie à 25 faible module 22a seront désignés par respective ment, tandis que le paramètres correspondent^ de la partie 22b à module élevé seront désignés par 2e^ resPec"kiveme:D;fc* ^es centres de masses individuels des surfaces en coupe se trouveront à des distances et respectivement, du bord d'attaque 18. 30 On calcule le centre de masse du longeron, qui, dans un champ gravitationnel uniforme, est le même que le GG, par l'équation suivante dans laquelle X^ est la distance du centre de masse à la ligne 18: ^A1 y 1 + A2 y 2) = Z1 A1Y 1 f Z2 A2 Y 2. Eq. 1 35 On calcule la distance X^ de l'axe neutre de flexion à la ligne 18 par l'équation suivante: (A1 E-^ + A^j = ^1 ^*1 Z2 A2 ^*2 Eq. 2 Comme /Y±^ ^2 ^ 2 ^>ar cons^ruc'':^orL choix, puisque 22b est le matériau à module élevé, il ne faut oublier lorsque l'on 40 détermine la position relative de l'axe neutre de flexion et du 69 18103 - 8 - 2010875 centre de masse ou GG. Pour voir l'effet de cette relation, on récrit les équations1 et 2 comme suit: ■ X1 A1 f 1 * *2 ^2 Ai / , + A2 / 2 5 E Q_ o 3 = 1 ' ^"2 ^"p 2 ai f i + az y 2 ai /1"*" Â2 y2. et de même: Xg = Ai E^ + E2 eq. 4 10 ^ + A2 E2 AlEi + A2 E2 Il faudrait noter, au départ des équationsci-dessus, que. la valeur de X^ est déterminée par les valeurs relatives de i ®'b Y 2 puisque, dans cette solution, les valeurs de X^, A^, TL^ et 15 A2 qui dépendent uniquement de la géométrie sont momentanément considérées comme fixes. On peut donc voir que si/, est un nom- granaet Jr2 un nombre très ' 1 bre très/perit, aéra tl'èy proche de X^, et que si les valeurs relatives de ^ ^ et ^ sont inversées, X^ sera très proche de X2- Il -est évident que la dimension X^ et donc la position du 20 centre de masse ou CG du longeron 22' peut être contrôlée par un choix approprié des densités^ et des parties 22a et 22b du longeron non homogène. On observera de même en considérant l'équation 4 que, si Eg est un nombre très grand et E^ un nombre très petit, XE 25 sera très proche de X2 et que la dimension X^, et la position de l'axe neutre de flexion peut être déterminée par contrôle ou choix des modules E^ et E^. En conservant à l'éspïit les équations et relations ci-dessus, on peut produire la relation Xg^>X^, dans laquelle 30 l'axe neutre ou axe de flexion 47 est en arrière du GG et coïncide avec .le centre aérodynamique, et le CG de la pale peut ensuite être amené à coïncider avec lui par l'addition au longeron des poches non structurales 24. Par exemple, (1) un Eg grand et un^2 petit combinés avec un ^ ^ grand et un E^ petit, ou (2) 35 avec Eg^ E^ et avec ± Y 2 environ les mêmes, ou (3) avec E^ et E2 environ les mêmes et avec ^ ^ 7/2 on obtiendra le résultat désiré ^E^ "Sî*. Un avantage important de la pale d'hélicoptère enseignée ici, utilisant un longeron non homogène, est qu'elle est 40 alégée et que, pour un moindre poids des éléments structuraux, on 69 18103 2010875 peut obtenir les propriétés structurales exigées de la pale. De plus, les contre-poids non structuraux requis sont réduits et probablement éliminés, et ceci permet un rapport résistance poids supérieur pour la pale globale. De plus, on remarquera aux Figu-5 res 2 et 3 que l'on a réduit la profondeur de la partie structurale de la pale, soit le longeron; ceci est important parce que les parties structurales de la pale sont vulnérables à la puissance de feu de l'ennemi et que cette construction donne à l'ennemi une cible de dimensions minima. ^ 10 En considérant les Figures 4 et ^/lës formules données ci-dessus, il sera évident, que, pour obtenir les avantages de cette construction de pale à longeron non homogène, il est nécessaire que le rapport de la densité de la partie 22b du longeron à la densité de la partie 22a du longeron, soit "f 2/ f \ > 15 est inférieur au rapport des modules daélasticité de ces deux parties, soit E2/E-, , de telle sorte que; V:/ fi Une autre considération importante en ce qui concerne la construction du longeron non homogène enseigné ici est que 20 l'axe de torsion du longeron peut également être amené à coïncider avec le centre aérodynamique de la pale. On peut "positionner l'axe de torsion du longeron et contrôler la raideur en torsion "du longeron en choisissant convenablement la forme de la partie arrière, à module élevé, du longeron et sa position par rapport 25 à la partie avant à faible module. La façon d'analyser une telle structure est expliquée dans "Analysis and: Design of Aircraft Structures" par Bruhn, premier volume, chapitre A15, édition 1958» On verra donc que, dans cette construction d'une pale d'hélicoptère, on a obtenu ce qui suit; 30 (1) La position du centre aérodynamique de la pale peut être contrôlée en choisissant convenablement la forme de la surface portante de toute la pale. (2)L'axe de flexion du longeron de la pale peut être positionné en choisissant avec soins les propriétés structurales des élé- 35 ments du longeron, soient la forme et la position relative des parties à faible module et à module élevé du longeron homogène et le rapport des modules d'élasticité aux densités selon la formule donné e c i-de s sus. (3) L'axe neutre ou axe de torsion du longeron non homogène peut BÀD ORIGINAL^ £ 18103 - 10 2010875 être positionné en positionnant et en formant convenablement la partie à module élevé du longeron non homogène. Après avoir réalisé les stades (1) à (3), on peut maintenir un contrôle indépendant du centre de gravité de la pale en utilisant des contre-poids non structuraux au bord d'attaque. Bien que l'on ait illustré comment ces différentes caractéristiques structurales du longeron peuvent être déplacées individuellement et être amenées à coïncider, il n'est pas toujours souhaitable de réaliser cette coïncidence; il est donc important de remarquer que chaque caractéristique structurale de la pale peut être positionnée individuellement et sélectivement comme illustré et discuté ci-dessus. La possibilité de positionner individuellement ces paramètres est très importante lorsque Ie on tient compte d® la divergence en torsion dans les pales à argument de similitude élevé. Les termes "argument de similitude" utilisés ici signifient la vitesse de l'hélicoptère divisée par la vitesse de rotation de l'extrémité des pales. à. la ligure 5, en voit un mode de réalisation du longeron non homogène 50 destiné à être utilisé avec des poches non structurales (non représentées) pour compléter la surface portante de la pale et qui comprend une partie avant 50a à faible module et une partie arrière 50b à module élevé. On notera que -la partie 50b diffère des parties de longeron à module élevé représentées précédemment en ce que celles illustrées précédemment soit de section rectangulaire alors que la partie 50b est de section en Uc On remarquera à la Figure 6 que la partie avant 50a du longeron, à -faible module, est creuse et de section substantiellement en D, symétrique par. rapport à la corde 34 et avec la partie centrale de la partie incurvée du D située au bord d'attaque 18 de la pale; la partie 50a présente donc une surface plane 52 perpendiculaire à la corde 54 et faisant face au bord d'attaque de la pale» La partie 50b du longeron est liée par adhérence à la surface plane 52 de la partie 50a lorsque sa surface plane correspondante 54 lui est juxtaposée. Il est intéressant de remarquer que, dans la construction de l'a ligure 6, la partie de longeron 50a à faible module peut être mise sous pression; ceci est bien sûr un avantage pour détecter- les ruptures., La Figure 7 diffère de la ligure 6 en ce que la partie à module élevé 56 du longeron 50' est creuse et de section-transBAD ORIGINAL 69 18103 -ii- 2010875 versale substantiellement rectangulaire. Un avantage de la construction de la Figure 7 réside dans le fait -que les deux parties de longeron 50a et .56 sont creuses et peuvent donc être mises sous pression comme enseigné dans le brevet des Etats-Unis d'Amé-5 rique no. 5.168.144- pour permettre de détecter les ruptures. La construction de la Figure 7 clonne l'avantage de fournir des surfaces substantiellement planes 52 et 54 entre*les parties de longeron 50a et 56. Ces surfaces planes 52 et 54 sont liées ensemble avec le matériau dont les propriétés seront décrites plus en 10 détail ci-après. Bien que chaque mode de réalisation décrit précédemment comprenne un interface simple, plane, entre les parties à faible module et à module élevé du longeron de la pale, d'autres types d'interfaces peuvent être appropriés dans certaines condi-15 tions. Par exemple, si l'on désire une plus grande surface de liaison entre les deux éléments du longeron structural non homogène, on peut très bien réaliser l'interface comme montré à la Figure 8. Dans la construction de la Figure 8, le longeron non homogène 50 comprend une partie à faible module 60 et une par-20 tie à module élevé 62 telles que l'interface entre elles soit partiellement plat entre les surfaces 64 et 66, respectivement, mais qu'il existe deux autres interfaces plus proches du parallélisme avec la corde 34 de la pale, comme représenté entre les surfaces 68 et 70 et entre les surfaces 72 et 74. A part l'interface 25 irrégulier entre éLles, les parties de longeron 60 et 62 sont semblables aux parties du longeron non homogène décrit précédemment et sont par exemple symétriques par rapport à la corde 34. La configuration de la Figure 8 sera particulièrement bénéfique pour un longeron non homogène utilisant un matériau très raide en 30 flexion mais pas très résistant au cisaillement. La construction de la Figure 8 serait particulièrement bénéfique dans ces conditions parce que le cisaillement transversal dû. à la flexion différentielle traverse en grande partie la ligne de liaison entre l'élément de longeron 60 à faible module et l'élément de 35 longeron 62 à module élevé. La configuration du mode de réalisation de la Figure 8 est particulièrement bien adaptée pour sup,-porter un tel type d'effort du fait que le contour de la liaison est particulièrement long et comprend des sections 76,78 et 80. La construction de la Figure 9 serait particulière-40 ment bénéfique dans un hélicoptère utilisant une pale à rapport 69 18103 - 12 - 2010875 d'allongement faible, c'est-à-dire une pale pour laquelle le rapport du rayon du rotor de l'hélicoptère à la profondeur de la pale est-faible. Dans la configuration de la-Figure 9, un lorgeron non homogène 90 comprend un élément à faible module 92 qui est sem-5 blable à l'élément correspondant 50a représenté aux Figures 6 "et 7, et un élément 94- à module élevé qui■est écarté de l'élément 92 et est placé entre celui-ci 92 et le bord de fuite 24- de la pale. Gomme dans toutes les autres configurations du longeron non homogène illustrées et décrites précédemment, les éléments 92 et 94-10 s'étendant sur l'envergure de la pale eiïtre son pied 12 et son bout 14:. Les éléments -92 et 94 du longeron peuvent être joints par des éléments superficiels 96 et 98 qui peuvent leur être lié§ ou par un troisième élément 100 qui peut être fait de mousse, d'un matériau alvéolé ou d'une structure métallique en treillis, 15 et qui peut être rendu adhérent à l'un et à l'autre ou leur être attaché d'une façon semblable, ou par ces deux moyens de connexion. Cette construction est également avantageuse pour éviter les ruptures de la pale. A cause de la forte mise en charge et des vibrations auxquelles est soumise une pale d'hélicoptère, 20 des ruptures dans ses éléments structuraux sont un souci défini, et toute configuration qui sert à atténuer la propagation des ruptures dans la pale est avantageuse» Le retard à la propagation des ruptures se produira dans le longeron structural non homogène inventif pour au moins trois raisons: 25 1. Le longeron est en plus d'une partie, et toute rup ture ayant débuté dans l'une doit traverser l'interface entre les parties et redébuter dans la seconde. Ceci doit être distingué d'une vraie propagation d'une rupture, dans laquelle une rupture particulière augmente de longueur le long d'une partie uni -30 que„ 2. La configuration du longeron inventif permet d'utiliser, à l'interface entre les deux parties du longeron, une géométrie qui ne conduira pas à une propagation de la rupture entre elles. Par exemple, des surfaces glanes de dimensions substan- 35 tielles fourniraient un interface souhaitable parce qu'il est moins probable qu'une rupture traverse un tel interface que se propager le long dVune seule surface mince de l'un des éléments seul» 3. Par un choix approprié de l'adhésif ou autre matériau 40 intersticiel, l'énergie de la'rupture qui tente de traverser le 69 18103 -i3- 2010875 matériau intersticiel entre les deux parties structurales sera absorbée d'une certaine façon par le matériau intersticiel. Cette absorption de l'énergie de rupture pourra se produire par cisaillement du matériau intersticiel ou par déformation de celui-ci de 5 telle sorte qu'il forme une enclave plastique artificielle entre les deux parties structurales du longeron. Un bon matériau de liaison ou intersticiel serait un adhésif organique tel que AF30 ou AJT41, de la Minnesota Mining and Manufacturing Corporation ou FM 1000 de l'American Cyanamid. 10 Les qualités désirées de ce matériau sont qu'il ait un allongement élevé à la rupture et un faible module d'élasticité comparés au matériau structural ordinaire tel que des métaux ou des matériaux composites fibreux. Gonsidéions maintenant les matériaux qui seront uti-15 lisés pour la partie à faible module et la partie à module élevé du longeron non homogène. Si l'on utilisait de l'aluminium pour le matériau à faible module, il serait peu avantageux d'utiliser du titane, de l'acier, du magnésium ou des alliages à base de cobalt ou de nickel pour la partie du longeron à" module élevé, 20 parce que le rapport module/densité de ces matériaux est substantiellement le même que celui de l'aluminium. Le matériau qui doit être choisi pour la partie à module élevé est un matériau qui a un rapport module/densité supérieur à celui du matériau à faible module. En accord avec ceci, si l'on utilisait de l'aluminium 25 comme matériau à faible module, le matériau à module élevé pourrait être du berrylium ou, probablement et de façon plus logique, un matériau composite fibreux à résistance élevée utilisant une fibre à module élevé telle que du bore, du carbone ou du carbure de silicium dans une matrice en résine organique telle qi® 30 différents composés époxy, par exemple DEM 438 de Dow Chemical ou une matrice métallique telle que de l'aluminium. L'objet global est d'obtenir le rapport module/densité discuté ci-dessus. Comme autre exemple, si le matériau à faible module était en fibres de verre, le matériau à module élevé pourrait 55 être une armature métallique tel que du titane, du bérrylium ou les matériaux composites à fibres de grande résistance qui viennent d'être discutés. Il est également possible de fabriquer les deux parties à faible module et à module élevé à partir du même matériau 40 composite fibreux mais en contrôlant le rapport module/densité ÔAD ORIGINAL 69 18103 14 - 201087 5 par contrôle du sens des fibres dans la matrice» Par exemple, comme représenté à la ligure 10, un longeron non homogène 102 d'hélicoptère comprend une partie 104 à faible module et une partie 106 à module élevé gui peuvent avoir la forme en coupe repré-5 sentée aux Figures 4-9 qui s'étendent le long de l'axe 108 de la pale, les fibres 105a et 105b de la partie 104 du longeron ne sont pas parallèles à l'axe 108 mais font un angle substantiel par rapport à lui, éventuellement plus et moins 45° comme représenté. Suivant les enseignements donnés ci-dessus quant au posi-3_q tionnement des paramètres, on peut trouver souhaitable que certaines ' fibres de la partie 104 du longeron parallèles à l'axe 108 alors que les autres font un certain angle par rapport à lui, par exemple plus et moins 30° ou plus et moins 45°. De plus, l'orientation des fibres peut varier entre 15 le pied et le bout de la pale, par exemple plus et moins 30° pour les fibres 107a et 107b à l'extrémité 110 de la pale et plus et moins 60° pour les fibres 109a et 109b à l'extrémité extérieure 112 de la pale puisque, dans cette partie du longeron, la contrainte de torsion est grande par rapport à la contrainte centri-20 fuge. La partie de longeron 106 à module élevé a des fibres 114 s'étendant de façon prédominante dans le sens axial, (Figures 10 et 11) qui s'étendent substantiellement parallèlement à l'axe 108 mais peuvent faire avec lui un petit angle tel que plus et moins rO -, , . -, r-O 5 ou plus et moins 15 « 25 En utilisant une telle orientation des fibres, la 3?aideur axiale de la partie d® longeron 106 peut être rendu suffisante-pour positionner IBaxe de flexion 47 (Figure 5) en -arrière du centre de gravité 44 dû longeron, de telle sorte que 18 addition de poches non structurales telles que.'24 à la Figure 3 30 amèneront le CG- 44 et l'axe 47 à coïncider. Les axes et paramètres intéressants peuvent également être sélectivement positionné en utilisant un matériau composite dont les modules sont pratiquement les mêmes et dont les densités • diffèrent» Par exemple, comme mieux représenté à la Figure 12, la 35 partie 120 à faible module du longeron non homogène 122 est faite d'une composition de fibres de bore dont la densité est d'appro-ximativement 2,5 gr/cm , tandis que la parti® 124 à module élevé est faite d'une composition de fibres de carbone dont la densité est d3approximativement i,4 â 1,7 gr/cm 40 II sera évident pour ceux qui s'y connaissent en la A.L * bad ÔRlGfNAL 69 18103 - 15 - 2010875 matière que l'orientation des fibres dans les constructions des Figure 10 et 11 et les densités substantiellement égales - modules différents de la construction de la Figure 12 peuvent être utilisés ensemble pour produire le résultat désiré. De plus, bien que cette invention ait été illustrée uniquement sur des pales de formes symétriques le principe vaut également pour une pale cambrée. SAD ORIQÎNal 69 18103 - 16 - 2010875 KEVSEIIICATIONS 1. TJne pale d'hélicoptère ayant un bord d'attaque et un bord de fuite, formée d'un élément structural du côté du bord d'attaque et d'un élément non structural du côté du bord de fuite, 5 fixé à l'élément structural, caractérisée en ce que l'élément-structural est un longeron non homogène fabriqué de telle sorte que sa partie avant, proche du bord d'attaque de la pale, ait un module d'élasticité plus faible que sa partie arrière, plus pro-' che du bord de fuite de la pale. 10 2. Une pale d'hélicoptère selon la revendication 1, ca ractérisée en ce que la partie à maille d'élasticité plus faible est un élément structural creux, substantiellement en forme de D, dont la surface plane est substantiellement perpendiculaire à la corde de la pale à un endroit situé entre le bord d'attaque et 15 le bord de fuite de la pale, et en ce que la partie à module d'élasticité supérieur est un autre élément structural comprenant une surface plane juxtaposée à la surface plane de l'élément structural en D. 3. Une pale d'hélicoptère selon la revendication 2, ca-20 ractérisée en ce que l'élément structural à module d'élasticité supérieur a une section substantiellement rectangulaire. 4. Une pale d'hélicoptère selon la revendication 2,. caractérisée en ce que l'élément structural à module d'élasticité supérieur est creux et a une section transversale substantielle- 25 ment rectangulaire. 5- Une pale d'hélicoptère selon la revendication 2,, ca ractérisée en ce que l'élément structural à module d'élasticité supérieur est -en forme de U, les branches du U étant substantiellement parallèle à la corde de la pale et la basé du U étant sub-30 stantiellement perpendiculaire à la corde de la pale. 6. Une pale d'hélicoptère selon l'une des revendications 2 à 5i caractérisées en ce qu'un élément intermédiaire est prévu entre les éléments à module d'élasticité élevé et à module d'élasticité faible. 35 7- Une pale d'hélicoptère selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisées en ce que la densité et le module d'élasticité des deux parties du longeron répondent aux inégalités suivantes: /VA 40 - y ! = densité de la partie avant bad original 69 18103 - 17 - 2010875 y? 2 — densité de la partie arrière =■• module d'élasticité dé la partie avant =» module d'élasticité de la partie arrière 8. Une pale d'hélicoptère selon l'une des revendications 5 1 à 7, caractérisées en ce que la partie de longeron à faible module est mise en forme pour définir le centre de masse et le centre de gravité du longeron, en ce que l'élément non structural du bord de fuite est mis en forme pour que le centre aérodynamiçps de la pale coïncide avec le centre de masse du longeron non homo-10 gène, en arrière du centre de gravité du longeron non homogène, en ce que le matériau de la partie de longeron à module élevé est choisi pour amener le centre de gravité du longeron non homogène à coïncider avec le centre aérodynamique et le centre de gravité de la pale, en ce que. le matériau de la partie à faible 15 module et de la partie à module élevé du longeron non homogène est tel que la surface transversale, le module d'élasticité et la densité de chacune soient des quantités choisies pour que l'axe de flexion du longeron non homogène coïncide avec le centre aérodynamique et le centre de gravité de la pale, et en ce que la for-20 me de la partie à module élevé du longeron non homogène est choisie pour que l'axe de torsion du longeron non homogène coïncide également avec le centre aérodynamique et le centre de gravité de la pale. 9- Une pale d'hélicoptère selon la revendication 8, ca- 25 ractérisé en ce que des contre-poids non structuraux sont prévus dans la partie à faible module pour amener le centre de gravité de la pale à coïncider avec le centre aérodynamique de la pale. 10. Une pale d'hélicoptère selon l'une des revendication 1 à 9i caractérisées en ce que la partie à faible module est fai-30 te d'un matériau composite le long duquel s'étendent des fibres faisant un angle substantiel, par rapport à l'axe longitudinal de la pale, et en ce que la partie à module élevé est faite d'un matériau composite le long duquel s'étendent des fibres substantiellement parallèles à l'axe longitudinal de la pale. 35 11- Une pale d'hélicoptère selon la revendication 10, ca ractérisée en ce que l'angle entre les fibres de la partie à faible module et l'axe longitudinal de la pale varie entre le pied et le bout de la pale. 8AD ORIGINAL