Brevet FR2112447A1 — publié le 19720616

l'invention concerne des rotors à pales» Selon l'invention, un rotor à pales comprend un moyeu défini par deux éléments de carter munis de portions qui, lorsque les éléments sont maintenus ensemble par des moyens 5 de fixation, forment des douilles dans lesquelles sont montées les pales du rotor, un guide étant prévu, dans l'un des éléments et un guide dans l'autre de ces éléments, ces guides étant séparés par un espacement et supportant un organe de commande mobile relativement aux guides, des moyens étant prévus dans 10 ledit espacement pour relier l'organe de commande aux pales de façon que le mouvement de cet organe règle les pales. Les moyens de fixation précités peuvent comprendre des boulons prévus au voisinage des douilles. Chaque pale peut être montée dans un palier anti-15 friction prévu dans sa douille, chacun des paliers étant divisé dans un plan diamétral. Le rotor à pales peut être une hélice convenant à un véhicule aérien et les pales peuvent être à pas variable. Ou encore, les pales peuvent être à torsion variable ou à 20 cambrure variable. Les guides peuvent comprendre des alésages et l'organe de commande peut comprendre un piston, les alésages et le piston formant ensemble un moteur de variation de pas. Le moteur de variation de pas peut être du type 25 hydraulique à simple effet. Le moteur peut être conçu pour fonctionner sous la commande d'un régulateur centrifuge sensible à la vitesse et/ou sous la commande d'une soupape hydraulique pouvant être actionnée manuellement et à laquelle est associé un mécanisme d'asservissement. 30 Le mouvement du piston sous l'effet de la pression hydraulique peut se faire dans le sens approprié à la diminution du pas des pales, ce mouvement se faisant contre la sollicitation d'un premier organe élastique. La marge de mouvement du piston peut être suffi-35 santé pour que les pales puissent dépasser le pas fin et arriver, en passant par le pas nul, dans la gamme de pas inverse de manière à effectuer le freinage du véhicule associé. Dans ce cas, un organe élastique supplémentaire peut être prévu et être conçu pour subir l'action du piston 40 et être comprimé par celui-ci à mesure que le piston parcourt 71 39398 2 2112447 la partie de sa marge de mouvement qui correspond au pas inverse des pales. Le premier des organes élastiques peut être un ressort mécanique à boudin et l'organe élastique supplémentaire 5 peut être formé d'une pile de rondelles Belleville, le ressort à boudin et la pile étant tous deux disposés de telle sorte que leur axe coïncide avec l'axe de rotation du rotor. Certaines au moins.des pales du rotor peuvent porter des masselottes centrifuges disposées, relativement à 10 l'axe longitudinal de chaque pale considérée, de manière à assister le premier organe élastique lorsqu'il sollicite les pales dans le sens de 1'augmentation du pas. Le piston peut présenter des surfaces espacées des faces terminales adjacentes du pied de certaines au moins 15 des pales, et des portions en relief relativement à ces surfaces peuvent être dans une relation de glissement avec lesdites faces et être disposées, relativement à l'axe longitudinal de la pale respective, de manière à empêcher pratiquement un déplacement angulaire du piston autour de l'axe de rotation du rotor, 20 relativement au moyeu, la face associée à chaque portion en relief coopérant avec la face terminale du pied de la pale respective par une aire qui est petite relativement à l'aire de cette face terminale de pale. La description qui va suivre en regard du dessin 25 annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en coupe d'un moyeu 30 d'hélice et d'une partie d'une pale montée dans le moyeu; La figure. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 ; La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1, et 35 figure 4 est une vue partielle dans le sens de la flèche IV de la figure 1. Comme le montrent les dessins, un rotor à pales constituant une hélice d'avion 11 comprend /un moyeu 12 formé de- deux éléments de carter 13.et 14 en alliage d'aluminium 40 maintenus ensemble par des moyens de fixation qui présentent 71 39398 3 2112447 la forme de quatre boulons 15 et de quatre écrous 16, les boulons passant à travers des trous 17 et 18 prévus dans les éléments 13 et 14-. Les faces coopérantes 19 et 20 des éléments 13 et 5 14- sont situées dans un plan 21. Les éléments 13 et 14 définissent ensemble quatre douilles 22, 23» 24 et 25 qui reçoivent les pieds 26, 27, 28 et 29 de pales d'hélice 30, 31» 32, et 33 en alliage d'aluminium qui sont montées, chacune, dans des roulements à rouleaux respectifs 34, 35» 36 et 37 en vue d'une 10 variation de pas autour de l'axe longitudinal respectif 38 de variation de pas. La bague intérieure 39» la cage 40 et la bague extérieure 41 de chacun de ces roulements sont divisées dans un plan diamétral. Chaque bague intérieure 39 est maintenue 15 dans un siège de forme appropriée 42 de son pied de pale respectif par Tin anneau de fil métallique 43» tandis que chaque bague extérieure 41 est située dans un évidement de forme appropriée 44 prévu dans la douille respective de moyeu. Chaque pale présente des coussinets rapportés en 20 "Nylon" 45 et 46 et un anneau de joint 47 dans les positions indiquées. Ces pièces sont aussi divisées dans un plan diamétral. Chaque pale porte aussi un ensemble de masselottes 48 disposé sur la pale de manière à engendrer, en service, 25 autour de l'axe longitudinal de la pale, des couples qui s'opposent aux couples centrifuges de torsion inhérents aux pales, et qui sollicitent les pales dans le sens de l'augmentation du pas. Chaque ensemble de masselottes est maintenu fermement sur sa pale par un étrier 49, celui-ci et une partie de 30 l'ensemble de masselottes s'engageant dans une gorge périphérique 50 de la pale. Comme le montre la figure 1, l'élément 13 est muni d'un guide constitué par un alésage 51 dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation 52 du rotor. L'alésage 51 est fermé 35 à son extrémité antérieure par un bouchon de caoutchouc durci 53 qui s'engage dans une ouverture 54- prévue dans la paroi terminale 55• De façon similaire, l'élément 14 est muni d'un guide constitué par un alésage 56, de même diamètre que l'alé-40 sage 51» qui est espacé axialement de l'alésage 51 et dont 71 39398 4 2112447 l'axe coïncide aussi avec l'axe 52. La portion terminale postérieure de l'alésage 56 est fermée par une paroi 57 muni e d'une ouverture 58 à travers laquelle un tube d'amenée d'huile 59 passe coaxialement à l'axe 52. La portion terminale antérieure 5 du tube 59 est assemblée par vissage en 60 à un élément à bride 61 qui est lui-même maintenu fixe, relativement à un piston de moteur de variation de pas 62 en alliage d'aluminium, grâce à des vis de réglage telles que 63. Le piston 62 est creux et est supporté en vue d'un mouvement de coulissement axial 10 dans les alésages espacés axialement 51 et 56 de manière à former un organe de commande des pales. Bien qu'il soit de forme générale cylindrique, le piston 62 est muni d'une portion centrale à section généralement carrée, 64, qui comprend quatre portions dressées 65 15 dont chacune est associée à un maneton respectif 66 dépassant de chaque pied de pale 26, 27» 28 et 29. Chaque maneton 66 pénètre dans une perforation prévue dans un coulisseau respectif 67 qui est lui-même monté de manière à pouvoir coulisser dans une gorge de la portion dressée respective 65, une ron-20 delle 68 étant prévue entre la face terminale du pied de pale respectif et la portion 64. Comme le montre la figure 2, deux tenons de coulisseau 69 formant des portions dressées supplémentaires sont placés dans de courts alésages 70 prévus dans la portion 25 centrale 64 et sont positionnés entre les faces terminales des deux pieds de pale 26 et 28 et la portion centrale 64 pour empêcher le piston de s'incliner autour de son axe longitudinal pendant son mouvement axial. Un premier organe élastique, sous la forme d'un 30 ressort mécanique à boudin 71 » est prévu entre la portion du piston 62 qui se trouve à droite sur la figure 1 et une pile de rondelles Belleville 72 qui forme une butée pour le ressort à boudin. La pile de rondelles Belleville 72 est logée à la partie terminale antérieure de l'alésage 51 et s'appuie sur 35 une pièce rapportée tubulaire 73. Le ressort à boudin 71 est aussi mis en place sur la pièce rapportée 73» de sorte que le ressort à boudin et la pile de rondelles Belleville sont tous deux disposés coaxialement relativement à l'axe de rotation 52. L'hélice est destinée à être adaptée sur un arbre 40 de sortie, de moteur indiqué en trait mixte en 74-» par une bride 71 39398 5 2112447 de montage 75 et un ergot 76» La portion postérieure de l'élément 14 présente la forme voulue pour s'adapter sur l'ergot 76; huit boulons de serrage, dont l'un est indiqué en 77» qui passent à travers la bride 75, retiennent l'hélice sur l'arbre 5 74- et deux chevilles de mise en place sont aussi prévues, l'une étant indiquée en 78. Sur la figure 1, le piston 62 est représenté dans sa position extrême vers l'arrière qui correspond au plus grand pas des pales 30, 31» 32 et 33. La chambre 79 peut recevoir, 10 à l'arrière du piston 62, du liquide sous pression fourni par le tube 59 et arrivant à la chambre par des lumières 80 du tube. La portion centrale 64 du piston 62 est munie d'une face de butée 81, placée comme l'indique la figure 1 et qui vient coopérer avec la face 82 de l'élément de carter 13 dans 15 l'état de pas inverse maximal, tandis que la face 83 de la portion postérieure extrême du piston vient coopérer avec la paroi 57 dans la position entièrement en drapeau. La structure de moyeu décrite ci-dessus est relativement simple et peu coûteuse parce que le moteur de varia-20 tion de pas comprend simplement les portions des éléments de carter 13 et 14 qui présentent les deux alésages 51 et 56 et le piston 62 supporté par ces alésages. L'espacement axial entre les alésages donne une ouverture d'accès relativement grande pour la liaison entre le piston et le pied des pales d'hélice 25 en vue de la variation de pas. Pour assembler les composants de l'hélice, on dispose l'élément de carter 14 de façon que sa face 20 soit horizontale et on adapte dans leurs évidements 44 les demi-bagues extérieures appropriées 41 des roulements à rouleaux 30 divisés 34, 35, 36 et 37» avec les demi-jeux de rouleaux dans leurs demi-cages 40. On adapte aussi les moitiés appropriées des pièces rapportées 45 et 46 et des anneaux de joint 47. Chacune des quatre pales 30, 31» 32 et 33 étant munie de sa bague intérieure en deux parties 39 maintenue 35 dessus par l'anneau de fil métallique 43, on place ces pales en position avec leurs manetons 66 et leurs rondelles 68. Cette mise en place est pratiquement simultanée à l'adaptation du piston 62 avec ses eoulisseaux 67 et ses tenons de coulis-seau 69» les manetons étant introduits dans les coulisseaux. 40 On place alors en position sur les pieds de pale 71 39398 6 2112447 les autres demi-bagues extérieures 41 avec leurs demi-jeux de rouleaux dans les demi-cages respectives 4-0. On adapte aussi les autres moitiés des pièces rapportées 4-5 et 46 et des anneaux de joint 4-7. 5 On applique un outil spécial, (non représenté) à l'élément 13 pour comprimer le ressort à boudin 71 et la pile de rondelles Belleville 72. On applique cet outil pendant que le bouchon 53 est retiré. L'outil étant dans sa position de service, on 10 adapte l'élément 13 complet à l'ensemble de composants et on le fixe au moyen des boulons 15 et des écrous' 16. On ajuste alors l'outil de manière à permettre au ressort à boudin 71 et à la pile de rondelles Belleville 72 de se détendre à leur longueur libre totale, après quoi on libère l'outil et on le retire 15 de l'ensemble et on adapte le bouchon 53 à l'ouverture 54-. On adapte alors aux pales les ensembles de masselottes 4-8. On boulonne convenablement au moyeu, des contrepoids appropriés, dans la mesure nécessaire pour équilibrer 20 la structure. On adapte le tube 59 à l'élément à bride 61, juste avant de monter l'hélice sur l'arbre 74- du moteur. Dans le fonctionnement de l'hélice, du liquide sous pression admis dans la chambre 79 sous la dépendance d'un ensemble de soupape de commande (non représenté mais porté 25 par la structure de moteur) cause une compression du ressort à boudin 71 et un mouvement du piston 62 et donc des pales 30, 31, 32 et 33 dans le sens de diminution du pas, c'est-à-dire vers la gauche de la figure 1. Les blocs 67 en "Nylon" glissent alors dans les portions dressées respectives 65, et 30 les rondelles 68 qui sont en principe en polytétrafluoréthylène et les boutons 69 qui sont aussi en polytétrafluoréthylène permettent de diminuer le frottement entre le piston à mouvement linéaire 62 et les faces terminales planes des pieds de pales 26, 27, 28 et 29 pendant que les pales tournent autour 35 de leurs axes 38 de variation de pas. Ce mouvement se fait aussi contre l'effort des masselottes 48 qui aident le ressort à boudin 71 à solliciter les pales dans le sens d'un pas plus grand. Lorsque les pales atteignent la position de pas 40 demandée par le réglage de l'ensemble de soupape de commande, 71 39398 7 2112447 le tube 59 applique un signal d'asservissement à l'ensemble de soupape de commande pour arrêter l'amenée de liquide sous pression pair le tube et maintenir hydrauliquement le piston 62 contre l'effort du ressort 71, de sorte que les pales sont 5 maintenues dans la position choisie. En pratique, on cale les pales à environ 0° pour le démarrage du moteur, à environ 18° pour le décollage de l'avion, à environ 55° pour la vitesse de croisière, et à environ 15° pour le ralenti d'approche. 10 Pour amener les pales au pas inverse afin de freiner l'avion lors de l'atterrissage, on les fait passer par la position à 0° en réglant convenablement l'ensemble de soupape de commande, le piston 62 comprimant alors le ressort à boudin 71 jusqu'à ce que le calage des pales atteigne une valeur de 15 -5°; le piston 62 commence alors à comprimer la pile de rondelles Belleville 72 et aussi à comprimer davantage le ressort à boudin 71* Lorsque les pales atteignent leur calage à -15°» qui est dans ce mode d'exécution l'angle maximal de pas inverse 20 (négatif), la face 81 s'applique contre la face 82. La figure 4 indique la marge de mouvement de variation de pas et les positions extrêmes du maneton sont indiquées en 66 et 66'. La pile de rondelles Belleville 72 a une plus grande force que le ressort à boudin 71 et sert à surmonter 25 les couples aérodynamiques de torsion (qui ont sans cela pour effet de déplacer les pales dans le sens de la diminution du pas), de manière à ramener les pales dans la gamme de pas positifs quand la pression hydraulique dans la chambre 79 a été suffisamment relâchée par un choix approprié au niveau 30 de l'ensemble de soupape de commande. Le mouvement des pales dans le sens d'un pas plus grand dans la gamme positive se fait sous l'action du ressort à boudin 71 et aussi des masselottes 48 qui s'opposent aux couples centrifuges de torsion inhérents aux aubes; la vitesse 35 de variation de pas dépend alors de l'écoulement de liquide hors de la chambre 79 tel qu'il est permis par l'ensemble de soupape de commande. A mesure que les pales approchent de la position en drapeau (à 85°), la vitesse de rotation de l'hélice diminue 40 naturellement et les masselottes 48 seraient incapables par 71 39398 8 2112447 elles-mêmes d'amener les pales à leur position entièrement en drapeau, le ressort à boudin 71 a une force suffisante pour assurer l'achèvement du mouvement de mise en drapeau. Pendant ce mouvement de variation de pas, l'incli-5 naison du piston 62 autour de l'axe de rotation 52 est pratiquement empêchée dans un sens (dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure 2) par chacun des deux tenons 69 qui coulissent relativement à la face terminale du pied de la pale respective, et il est pratiquement empêché dans l'autre 10 sens (en sens inverse des aiguilles d'une montre sur la figure 2) par les portions dressées 65 et les rondelles associées 68, ces dernières s'appliquant aussi contre la face terminale du pied de l'aube respective. Etant donné que la face de chaqu^fcenon 69 et la face de chaque rondelle 68 coopèrent avec 15 la face terminale du pied de la pale respective par une aire qui est petite relativement à l'aire de la face terminale du pied, que la matière de chaque tenon et de chaque rondelle est essentiellement le polytétrafluoréthylène, et que les coulisseaux 67 sont en "Nylon", le frottement est faible 20 entre le piston à mouvement linéaire 62 et les faces terminales des pieds des pales lorsque les pales sont entraînées autour de leurs axes longitudinaux pour la variation de pas. Ainsi, la disposition suivant la présente invention assure une liaison de variation de pas à faible frottement entre le 25 moteur de variation de pas et les pales. Le piston est donc construit d'une façon qui évite l'utilisation de cannelures ou de tiges dans son montage dans le moyeu et sa liaison avec les pales. On voit que, grâce à la construction simplifiée 30 qui vient d'être décrite, les pièces forgées à partir desquelles sont fabriqués les éléments de moyeu 13 et 14 peuvent avoir la même forme fondamentale, les différences entre la portion antérieure et la portion postérieure de la structure de moyeu étant obtenues par usinage. Toutefois, le fait qu'il 35 suffit d'une seule forme fondamentale de forgeage contribue à rendre peu coûteuse cette structure d'hélice. L'invention n'est pas limitée au cas où le moyeu porte quatre pales, car on peut prévoir tout autre nombre désiré de pales, avec un piston ayant une forme appropriée de 40 section dans la zone des portions terminales des pieds de pales. 71 39398 9 2112447 En outre, l'invention n'est pas limitée aux hélices d'avion car elle peut s'appliquer avantageusement à tout autre rotor à pales, par exemple à des hélices pour véhicules à coussins d'air, des "bateaux, des navires etc.., ou encore à 5 des installations fixes ou à des rotors à pales de turbines à air dynamique. Dans le mode d'exécution décrit en regard des dessins, des masselottes sont fixées à chacune des pales; mais dans d'autres modes d'exécution il serait possible de ne pas 10 prévoir de telles masselottes ou encore, dans d'autres modes d'exécution, de prévoir des masselottes supplémentaires. Ou encore, pour une hélice à quatre pales, on pourrait prévoir seulement deux masselottes sur des pales opposées. En outre, dans les modes d'exécution décrits en 15 regard des dessins, les pales d'un rotor à pales ont un pas variable mais, dans d'autres modes d'exécution, elles pourraient aussi avoir une torsion variable ou une cambrure variable. D'autre part, le rotor pourrait aussi être à pas non réversible. 20 D'autre part, dans le mode d'exécution décrit ci- dessus en regard des dessins, le piston se meut vers l'arrière de l'hélice pour une augmentation de pas mais, dans d'autres modes d'exécution, il pourrait au contraire se mouvoir vers l'avant de l'hélice pour une augmentation de pas. 25 En outre, dans des variantes de l'invention, au lieu que le moteur de variation de pas du rotor à pales soit commandé par un ensemble de soupape de commande pouvant être actionné manuellement, il pourrait être commandé par un régulateur centrifuge sensible à la vitesse, ou encore par un 50 ensemble de soupape de commande pouvant être actionné manuellement et par un régulateur centrifuge sensible à la vitesse. L'invention n'est pas limitée au type de moteur de variation de pas qui est décrit en regard des dessins, car dans d'autres modes d'exécution, il pourrait être du type hy-35 draulique à double effet ou, dans d'autres modes d'exécution encore, du type pneumatique. En outre, au lieu que l'organe de commande soit sous la forme d'un piston mobile dans des alésages, dans d'autres modes d'exécution l'organe de commande pourrait être 40 un dispositif autre qu'un piston, monté dans des guides autres 71 39398 10 2112447 que des alésages et pouvant être déplacé relativement aux guides par des moyens mécaniques, électriques ou d'autres moyens appropriés. Il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et l'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. 71 39398 2112447 revendications 1. Rotor à pales, caractérisé en ce qu'il comprend un moyeu défini par deux éléments de carter munis de portions qui, lorsque les éléments sont maintenus ensemble 5 par des moyens de fixation, forment des douilles dans lesquelles sont montées les pales du rotor, un guide étant prévu dans l'ug&es éléments et 1311 guide dans l'autre de ces éléments, ces guides étant séparés par un espacement et supportant un organe de commande mobile relativement aux guides, des moyens 10 étant prévus dans l'espacement pour relier l'organe de commande aux pales de façon que -le mouvement de cet organe règle les pales. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation comprennent des boulons 15 prévus au voisinage des douilles. 3. Rotor selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque pale est montée dans un palier antifriction prévu dans sa douille, chacun desdits paliers étant divisé dans un plan diamétral. 20 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il constitue une hélice convenant à un véhicule aérien, ses pales étant à pas variable. 5» Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4-, caractérisé en ce que les guides comprennent 25 des alésages et l'organe de commande comprend un piston, les alésages et le piston formant ensemble un moteur de variation de pas. 6. Rotor selon la revendication 5» caractérisé en ce que le moteur de variation de pas est du type hydrauli-30 que à simple effet. 7» Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mouvement du piston sous l'effet de la pression hydraulique se fait dans le sens approprié à la diminution du pas des pales, ce mouvement se faisant contre la sollici-35 tation d'un premier organe élastique. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la marge de mouvement du piston est suffisante pour que les pales puissent dépasser le pas fin et arriver, en passant par le pas nul, dans la gamme de 40 pas inverse de manière à effectuer le freinage du véhicule 71 39398 2112447 associé. 9» Rotor selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est prévu un organe élastique supplémentaire conçu poux subir l'action du piston et être comprimé par celui-ci à 5 mesure que le piston parcourt la partie de sa marge de mouvement qui correspond au pas inverse des pales. 10. Rotor selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier organe élastique est un ressort mécanique à boudin et l'organe élastique supplémentaire est une pile 10 de rondelles Belleville, le ressort à boudin et la pile étant tous deux disposés de telle sorte que leur axe coïncide avec l'axe de rotation du rotor. 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que certaines au moins des pales 15 portent des masselottes centrifuges disposées, relativement à l'axe longitudinal de chaque pale considérée, de manière à assister le premier organe élastique lorsqu'il sollicite les pales dans le sens d'une augmentation du pas. 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications 20 5 à 11, caractérisé en ce que le piston présente des surfaces espacées des faces terminales adjacentes du pied de certaines au moins des pales, et des portions en relief relativement à ces surfaces qui sont dans une relation de glissement avec lesdites faces et sont disposées, relativement à l'axe longi-25 tudinal de la pale respective, de manière à empêcher pratiquement un déplacement angulaire du piston autour de l'axe de rotation du rotor, relativement au moyeu, la face associée à chaque portion en relief coopérant avec la face terminale du pied de la pale respective par une aire qui est petite rela-30 tivement à l'aire de cette face terminale de pale.