Brevet FR2063969A1 — publié le 19710716

i 2063969 Le secteur technique de l'invention est celui de l'aéronautique, plus spécialement celui des giravions et hélicop tères. On connaît des véhicules de cette nature dans lesquels 5 un rotor sustentateur comporte un moyeu partiellement ou totalement démuni d'articulations dans le plan des pales (articulations dites de traînée) et dans le plan perpendiculaire au premier (articulations dites de battement), dans le but d'en simplifier la construction, d'en réduire le prix et les frais d'en-10 tretien et, par ailleurs, en évitant le phénomène de résonance au sol, d'amener la suppression des amortisseurs de train d'atter rissage. L'une des solutions connues consiste à équiper de tels rotors avec des pales ayant, à leur emplanture et dans leur 15 partie courante, une souplesse suffisante pour autoriser, par leurs déformations, un fonctionnement satisfaisant du rotor, les dîtes pales étant, par exemple, fabriquées en fibres de verre imprégnées d'une résine synthétique. Les caractéristiques dynamiques de telles pales sont 20 choisies de telle sorte que leurs fréquences naturelles de vibra tion soient correctement placées par rapport au régime nominal de rotation du rotor et ses multiples, le premier mode dans le plan du rotor étant situé par exemple au voisinage des trois quarts dudit régime nominal. 25 Cependant, en raison, d'une part, de l'étendue plus ou moins grande des variations de régime autorisées en vol pour le rotor, d'autre part, du passage sur des fréquences de résonance situées en dessous du régime nominal, lors des lancements ou des arrêts du rotor, ainsi qu'à la fin d'un atterrissage en 30 autorotation, il peut- être nécessaire de modifier sensiblement une fréquence naturelle d'un ensemble pale-moyeu et en particulier de réduire la fréquence du premier mode vibratoire des pales en traînée et d'augmenter simultanément l'amortissement de ladite fréquence pour couvrir, avec une marge convenable de sécu 35 rité,tous les cas d'utilisation en évitant des dégradations de pales et du moyeu par développement de contraintes excessives par fonctionnement au voisinage des régimes critiques dudit rotor. Le but de la présente invention est notamment d'abou-40 tir à me telle modification de fréquence, combinée à une aug- 69 35410 2 2063969 mentation de 1*amortissement, tout en respectant la simplicité initiale de construction du moyeu et en évitant la nécessité d'amortisseurs de train d'atterrissage. L'invention comprend à cet effet un dispositif de liaison 5 élastique amortie entre pale et moyeu sur rotor de giravion, caractérisé par le fait que l'emplanture de chaque pale est munie d'une attache sur le moyeu dotée d'un degré de liberté en rotation et de moyens de solldarisation des deux parties de cette attache, c'est-à-dire le pied de la pale , d'une part, et l'élément de mo-10 yeu support de ladite attache, d'autre part, ces moyens conjuguant un élément élastique offrant*de part et d'autre d'un point neutre, une raideur proportionnelle au déplacement et un élément amortisseur offrant un taux d'amortissement élevé. Dans une forme d'exécution particulière, ce dispositif 15 de liaison élastique amortie comporte un ressort métallique hélicoïdal ou, avantageusement, un empilage de rondelles coniques ayant une raideur de plusieurs centaines de déca-Newton par millimètre de déplacement, solidarisé en série, soit avec un amortisseur hydraulique, par exemple du type à piston travaillant par la-20 minage d'huileaitr«"piston;èfc cylindre, soit encore avec un amortisseur travaillant par cisaillement de lames de matière plastique interposées, matière présentant à un haut degré des propriétés de rémanence à la déformation, génératrice d'amortissement. Dans une autre forme d'exécution, cet élément de liai-25 son peut comprendre un dispositif coulissant à faible débattement, constitué soit de tubes coaxiaux, soit de plaques allongées parallèles, tubes ou plaques entre lesquels est interposée une matière viscoélastique en bande , procurant simultanément une certaine élasticité pour assurer l'effet de ressort désiré 30 et une grande rémanence asdx. déformations, permettant d'obtenir l'amortissement dynamique des mouvements auxquels participe l'élément de liaison. Dans une autre forme d'exécution encore, cet élément de liaison peut comprendre une ou plusieurs galettes ou couronnes 35 de la matière viscoélastique précitée, interposées entre plaques qui sont respectivement -liées en rotation à chacune des parties correspondantes de l'attache de pale sur le moyeu. Les applications de l'invention et ses possibilités d1exploitaticnindustrielle sont toutes celles du domaine aéronau-tique.et aérodynamique. 69 35410 5 2063969 La description qui va suivre de formes d'exécution des dispositifs en cause, données à titre d'exemples non limitatifs, permettra, en regard des dessins annexés, de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique, 5 La figure 1 montre en plan et sehématiquement, une attache de pale de rotor d'hélicoptère sur un élément de moyeu, attache pourvue ainsi d'un adapteur de fréquences à amortissement incorporé. La figure 2 montre à plus grande échelle le détail 10 du dispositif de la figure 1. La figure 3 montre une coupe faite selon la ligne III-III de la figure 2. La figure 4 montre en coupe axiale,selon la ligne IV-IV de la figure 2», l'élément adapteur de fréquences à 15 rappel élastique par rondelles coniques et amortissement par cisaillement d'un film plastique. La figure 5 montre en coupe une variante de la figure 4. La figure 6 montre en coupe une autre variante. La figure 7 montre en plan une autre variante fonc-,20tionnant par déformation d'un film viscoélastique. La figure 8 montre une coupe faite par la ligne VIII-VIII de la figure T. La figure 9 représente en coupe une variante d'un tel dispositif, agissant directement en rotation. 25 Dans l'exemple représenté sur les figures là 3, le dispositif de liaison comprend principalement un élément élastique amorti coulissant 1, constitué d'un mécanisme 2 faisant office de ressort et d'un amortisseur linéaire J>. L'une des parties coulissantes de cet élément 1 est solidarisée par l'oeil 30 d'une tige 4 et un axe à une chape 5 aménagée sur un manchon 6' monté tournant sur un bras de moyeu 6a$'un rotor d'hélicoptère, l'autre partie mobile en coulissement étant liée par des tourillons 7 à une chape "J& qui apparaît sur une coiffe métallique 8 constituée de deux demi-coquilles, liées entre elles par des bou-35 Ions 9 et entourant un pied de pale 10 en solldarisation étroite avec celui-ci. La pale 10 conformée, coté emplanture, en oeil, est liée à l'extrémité du manchon 6 conformée en chape 6b par un axe 11, de telle sorte qu'autfcur. de cet axe soit possible un pivote-40 meut de quelques degrés de la pale dans son plan de rotation. 69 35410 4 2063969 A cette fin, des bagues autolubrifiantes minces 12 sont interposées entre l'axe 11 et l'ensemble de la coiffe 8 et du pied de pale 10, cet enfeemble étant muni,à titre de renfort, d'une douille en acier dur 13. De même, des rondelles minces 14, également 5 autolubrifiantes, sont disposées autour de l'axe 11 entre la coiffe 8 et les faces internes des Joues 6b.de la chape. Les alésages correspondants de ces joues 6b sont frettés par des bagues à collets 15, en acier dur»dans lesquelles l'axe 11 est monté à coulissement juste avec maintien en plac^ d'une part, par une tête et de l'autre 10 par un écrou d'immobilisation 16» Malgré l'intensité de l'effort centrifuge en provenance de la pale qui sollicite une telle liaison, ce montage simpli» fié et sans lubrification d'entretien est rendu possible par la faiblesse du déplacement angulaire des deux parties mutuellement 15 mobiles, déplacement restant inférieur à un degré d'angle en régime de croisière et à trois degrés lors de l'existence transitoire de la résonance, de telle sorte que le produit de la pression au contact de l'axe par la vitesse de déplacement de celui-ci dans les bagues autolubrifiantes, reste nettement en 20 dessous des limites admises par les matières qui les constituent et autorise ainsi pour lesdites bagues une durée de vie pratiquement illimitée en service. Le manchon 6 laisse apparaître un levier 6ç de variation de pas de la pale, levier destiné à une liaison avec une biellette 25 appartenant au système des commandes de l'hcéLicoptère, non représenté . Le dispositif élastique amorti coulissant 1 peut êfcre constitué, comme montré sur la figure 4, par un" boîtier"17 latéralement pourvu de deux tourillons 17a qui jouent le même 30 rôle que les tourillons 7 précités, ces tourillons 17a coopérant avec deux alésages frettés aménagés dans les flasques de la chape 7a. Qe boîtier 17 forme un logement pour deux empilages de rondelles élastiques coniques 18 et l8a , qui prennent appui longi-35 tudinalement sur une bordurede fond de boîtier , d'une part, et sur une rondelle 19, d'autre part, rondelle: 19 interposée; dans un alésage du corps de boîtier et maintenue en place par une entretoise 20. - La tige 4 qui traverse ce boîtier et les empilages de 40 rondelles élastiques,est associée à une douille épaulée 21 dont 69 35410 5 2063969 l'épaulement sépare les deux empilages 18 et 18a, de façon à transmettre à l'un ou à l'autre les mouvements longitudinaux de la tige 4. Dans le cas présent d'ailleurs, cette tige 4 pourrait être considérée comme immobile, puisqu'elle est attelée au man-^ chon 6 alors que les mouvements de coulissement sont effectués sur cette dernière par le boîtier 17 qui fait partie de l'ensemble amorti et coulissant 1. Sur l'extrémité de cette tige 4 est viss$ un embout 22 qui maintient en place la douille épaulée 21, embout sur 10 lequel sont soudés deux tubes métalliques minces,coaxiaux 23 et .24, par leur tranche. Par ailleurs, le boîtier 17 est prolongé par un tube 25 à l'extrémité duquel est soudé un embout d'obturation 26 qui comporte un bouchon vissé 27» Sur cet embout sont fixéè par sou-15 dure deux autres tubes coaxiauK 28 et 29 dont l'un se loge dans l'intervalle qui apparaît entre les tubes 23 et 24 et dont l'autre se situe à l'intérieur du tube 24, en ménageant entre ces tubes des intervalles réguliers de quelques millimètres A 1 intérieur du tube 25 et aux extrémités de celui-ci 20 apparaissent deux groupes de trois bossages 30 régulièrement répartis, constituant un guidage pour le tube 23. Là totalité de l'espace disponible intérieurement.au tube 25 est garni d'une matière viscoélastique 31 présentant des taux d'amiortissement statique et dynamique élevés et 25 constants pour une grande plage de températures, ainsi, qu'une bonne tenue en endurance, au fluage et vieillissement. Cette matière viscoélastique de remplissage 31 peut être un élasto-mère à base de polyuréthane ou un mastic adhésif à base de silicone ayant un module de cisaillement "G" de préférence fai-30 ble, par exemple compris entre 0,1 et 10 hbaen présentant une grande rémanence aux déformations, c'est-à-dire que le travail de déformation s'accompagne d'un taux de transformation d'énergie en chaleur également élevé , ce qui se traduit par la naissance de forces dépendant de la vitesse de déformation et par un amor-35 tissement dynamique des mouvements auxquels participe la matière en cause. Le remplissage est effectué par emmanchement mutuel des ensembles de tubes préalablement garnis de la matière viscoélastique. Des trous d'évent non représentés sont pratiqués dans les em-40 bouts 22 et 26, de façon à permettre le remplissage total et ■69 35410 6 2063969 l'évacuation du surplus de matière au moment de l'emmanchement» De tels trous sont alors obturés par insertion d'une résine autopolymérisable. Par ailleurs, l'espace annulaire compris entre la pé-5 riphérie de l'embout 22 et la paroi interne du tube 25 est obturé au moyen d'un joint plastique souple mis en place après remplissage. L'ensemble du boîtier 17, de l'entretoise 20 et du corps tubulaire 25 est maintenu dans son état de solldarisation par quatre tirants vissés dont les extrémités apparaissent uni-10 quement sur la figure 3. Dans la forme d'exécution de la figure 5* un tel amortisseur peut être remplacé par un ensemble hydraulique, de type connu fonctionnant par laminage de fluide entre un piston 33 solidaire de la tige 4 et la paroi interne d'un cylindre 3*, 15 organes entre lesquels un jeu convenable a été ménagé de façon à produire l'amortissement cherché Les fonds du cylindre 34 sont munis de portées étan-ches 35 et 36 et d'un dispositif de remplissage automatique 37 du cylindre 34, dispositif d'un type connu dont le détail 20 n'est pas représenté et qui est de préférence monté sur l'un des tourillons J. A l'extrémité de la tige 4, est vissé un embout 38 à collet, ledit collet servant d'appui à deux empilages de rondelles coniques élastiques 39 et 39a* lesquelles sont maintenues,intérieurement,par une rondelle 40 qui s'appuie sur 25 le fond 4l de l'amortisseur hydraulique 34 et, à 1 'opposé par' un chapeau 42 maintenu en position par une enveloppe tubulaire, formant entretoise 43, desdits empilages .. Trois tirants 44 solidarisent le fond 4l du cylindre 34 et le chapeau 42. Comme on le voit sur la figure 6, le dispositif élas-30 tique peut aussi être réalisé au moyen d'un ressert hélicoïdal 45 à grande raideur, avantageusement à section carrée et -——' logé entre le collet de l'embout 38a et un écrou terminal 46 vissé à l'extrémité de cet embout, les extrémités dudit ressort 45 portant simultanément à l'extérieur sur une bordure de fond 47 35 d'un chapeau maintenu par des tirants 44a;et également sur une entretoise 48 interposée entre ledit chapeau et le fond 4l de l'amortisseur hydraulique. Le chapeau 47 et l'ensemble du corps 34 et du fond 4l sont solidarisés par trois tirants 44a. 40 On peut voir que les appuis doubles donnés aux extrémi 69 35410 7 2063969 tés du ressort 45 permettent de le faire travailler à double effet. Une autre forme d'exécution d'un ensemble élastique amorti, avantageuse du point de vue de la masse et de la simplicité de fabrication et d'entretien, met à profit les propriétés particulières et combinées de faible élasticité et de grande rémanence aux déformations que possèdent certains matériaux synthé tiques appartenant à la famille des élastomères. Comme on le voit sur les figures 7 et 8, une telle forme d'exécution présente une pièce centrale métallique 49, avantageusement réalisée en alliage d'aluminium, ayant en plan une forme rectangulaire allongée et en coupe la forme d'un profi lé en Ij l*une des extrémités de cette pièce 49 comporte un oeil 50 permettant sa liaison par un axe à la chape 5- De part et d'autre de cette plaque centrale 49,à une distance de l'ordre du centimètre, parallèlement à ladite plaque sont disposées deux plaques latérales 51 et 51a. L'espace compris entre la plaque centrale 49 et les deux plaques latérale 51 et 51a est garni à l'aide de bandes faites d'une matière viscoélastique, lesdites bandes 52 se trouvant maintenues longitudinalement par les semelles du profilé 49. Cette matière élastomère présente, dans une large gamme de températures, dés propriétés d'élasticité et de rémanenc aux déformations telles que le rapport G'/G" des modules, caractérisant, d'une part, la raideur et, d'autre part, l'amortissement, soit voisin de 3, le module réel de cisaillement dynamique G' et le module imaginaire d'amortissement G" étant déterminés en tenant compte du déphasage ip entre l'effort F introduit dans la matière et le déplacement d qui en résulte, par les expressions î * d cos ^ et G" = F sin ^ d Ces bandes sont rendues solidaires de la plaque centrale 49 et des plaques latérales 51 ®t 51§. Par collage ou,, de préférence, par vulcanisation. Les deux plaques latérales 51 et 51&, comportent dans leur région centrale un alésage 53 permettant le passage d'un axe de fixation (non représenté) du dispositif sur la chape Ja 69 35410 8 2063969 précitée mais dans la plaque centrale 49 et dans les bandes viscoélastiques 52 sont aménagées des perforations coaxiales à l'alésage 53 et d'un diamètre.supérieur*pour permettre les Mouvements relatifs des pièces intéressées. 5 Selon une variante non représentée, les plaques 51, 51a et la pièce centrale 49 sont remplacées par les éléments tubu-laires coaxiaux, remarque étant faite qu'en pareil cas, le collage ou la vulcanisation de la matière viscoélastique sont plus difficiles à réaliser et à contrôler. 10 La forme d'exécution qui est montrée sur la figure 9 permet également d'utiliser les propriétés d'élasticité et de rémanence de la matière viscoélastique telle que ci-dessus mentionnée nais dans cette variante, deux empilages désignés en général par la référence 54 d'une pluralité de disques métallo liques, circulaires, 55 entre lesquels sont interposéespar collage et vulcanisation, des lames minces 56 de la matière en cause, assurent les fonctions de rappel élastique et d'amortissement. Un disque intérieur 57 de chaque empilage est extérieurement appliqué sur les joues de la chape 6b et en est solidarisé par un 20 pion 58. Des disques externes 59 de chaque empilage, épaissis en leur partie centrale et pourvus de cannelures 60,assurent la liaison en rotation avec les extrémités de l'axe 6l, les-quelfces;sont munies de cannelures correspondantes. L'axe 6l traverse l'oeil de pied de pale 10 et est 25 solidarisé de ce dernier par goupille 62. Cet axe est monté dans les joues de chape 6b de 1'élément de moyeu support de pale par l'intermédiaire de bagues épaulées autolubrifiantes 65 . A chaque extrémité d'axe 6l, une rondelle 64 maintenue en place par un boulon 65 immobilise axialement les empilages 54. 30 Lors des rotations relatives du pied de pale 10 et de l'élément de moyeu 6 support de pale, les disques 55 des empilages 54 se déplacent avec un décalage mutuel en imposant aux lames 56 de matière viscoélastique interposées entre les disques un cisaillement générateur de l'effet de rappel et d'amortissement re-35 cherché. ïl va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux formes d'exécution qui viennent d'être décrites,, - 69 35410 9 2063969 - REVENDICATIONS - 1°-. Dispositif de liaison élastique amortie entre pale et moyeu sur rotors de giravion , formant un adapteur de fréquences à amortissement incorporé, caractérisé par le fait qu'à-- l'emplanture de chaque pale est interposée une attache sur moyeu, attache dotée d'un degré de liberté restreint en rotation dans le plan de celle-ci, ainsi que des moyens de solldarisation des. deux parties de ladite attache, c'est-à-dire le pied de la pale et l'élément de moyeu, conjuguent un élément élastique qui offre,de part et d'autre d'un point neutre, une raideur proportionnelle au déplacement et un élément amortisseur à taux d'amortissement élevé. 2°- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par des éléments de pivotement qui comportent des bagues et rondelles autolubrifiantes. 3°- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un élément élastique formé par un mécanisme à ressort à grande raideur et un déplacement linéaire lié en série à un amortisseur linéaire à taux d'amortissement élevé. 4°- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par un élément élastique formé de deux empilages opposés de rondelles métalliques coniques et situés entre un épaulcment d'une tige qui les traverse et les sépare et un boîtier extérieur. 5°- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par un élément élastique formé d'un ressort hélicoïdal à grande raideur, dont les spires ont avantageusement une section carrée et dont les extrémités s'appuient à la fois intérieurement sur des épaulements de la tige qui le traverse et sur des bordures internes d'un boîtier qui l'enveloppe. 6° - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément amortisseur est constitué par un cylindre et un piston, constamment rempli d'un fluide laminé dans le jeu entre un cylindre et piston . 7°- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément amortisseur est formé par deux groupes de tubes coaxiaux reliés entre eux par un remplissage d'une matière élastomère ou d'une matière telle qu'un mastic adhésif, possédant à un degré élevé, dans une large ganme de températures, une propriété de rémanence vis-à-vis de la déformation. 69 35410 2063969 8°- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément élastique et l'élément amortisseur sont conjugués sous forme d'un ensemble de tubes coaxiaux ou de plaques parallèles en deux groupes dont chacun, est lié 5 à une partie d'attache, tubes ou plaques séparés par une couche d'une matière synthétique viscoélastique constituée d'un élastomère à grande raideur et rémanence élevée vis-à-vis des déformations, 9°- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 10 par le fait que l'attache et les moyens de solldarisation de ses parties sont conjugués sous forme d'au moins une pluralité de plaques parallèles entre lesquelles est interposée une couche de matière viscoélastique à grandes raideur.* et rémanence, une plaque extrême de chaque empilage étant solidaire de 15 l'une des parties d'attache et la plaque extrême opposée de l'autre,partie d'attache.