Brevet FR2132466A1 — publié le 19721117

.11968 i t 2132466 La présente invention concerne un système de commande de pas pour un aéronef à voilure tournante, tel qu'un hélicoptère normal, un hélicoptère à propulsion auxiliaire ou un avion composite. 5 En général, le rotor d'un aéronef à voilure tournante comprend des pales à incidence variable et un système de commande à plateau oscillant dans lequel le pilote peut faire varier le pas cyclique et le pas collectif du rotor. Pendant le vol en translation, si le pilote tire à lui le manche à balai 10 de commande du pas cyclique, la réponse de l'appareil dépend de la vitesse aérodynamique et il apparaît simultanément un mouvement de roulis vers la droite qui augmente également avec la vitesse de vol. De ce fait, pour conserver une sensibilité constante et une réponse en tangage pur , il faut pratiquement 1 5 diminuer 1' amplitutude du mouvement longitudinal du manche à balai et simultanément introduire une action correctrice vers la gauche lorsque la vitesse de translation augmente. Outre ces effets secondaires, le fait de tirer vers l'arrière le manche à balai augmente l'angle d'incidence de l'air sur le dis-20 que du rotor, ce qui crée une augmentation immédiate des charges vibratoires des pales du fait de l'augmentation de l'angle d'attaque qui peut atteindre la valeur de décrochage aérodynamique. Au cours d'une telle nanoeuvre à grande vitesse, il faut donc réduire l'angle d'attaque des pales en abaissant la com-25 mande de pas collectif et la valeur de cette action corrective dépend encore de la vitesse de translation de l'aéronef. Par ailleurs, l'action latérale du manche à balai de pas cyclique est essentiellement indépendante de la vitesse de translation et n'induit aucun mouvement de tangage, de sorte que pour créer 30 un mouvement de roulis pur, il suffit d'incliner le manche à balai dans le sens voulu, indépendamment de la vitesse de translation. Le fait de remonter la commande de pas collectif induit également des effets secondaires dépendant de la vitesse 35 de translation, à savoir un mouvement de cabré et un mouvement de roulis à droite. Il faut donc corriger ces effets de l'augmentation du pas collectif par des déplacements vers l'avant et vers la gauche du manche à balai, proportionnellement à la vitesse. 72 11968 2 2132466 Comme on le voit, pour un aéronef à voilure tournante, les caractéristiques de commande et les actions correctrices nécessaires au cours des manoeuvres varient avec la vitesse de translation, ce qui rend le pilotage particulièrement déli-5 cat, surtout à grande vitesse. La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes de pilotage des aéronefs à voilure tournante. La présente invention s'applique aux aéronefs dont le rotor comprend des pales à incidence variable commandées 10 par un plateau oscillant qui est lui-même asservi à la position des commandes de pas cyclique et collectif. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, au moins le mécanisme de commande du pas cyclique comprend un levier à point d'appui variable en fonction de la vitesse de translation de l'appa-15 reil, de façon que la variation du pas cyclique longitudinal induite par un mouvement d'amplitude donnée de la commande correspondante diminue lorsque la vitesse de translation augmente. Simultanément, le pas cyclique latéral est modifié pour créer une action correctrice compensant le mouvement de roulis qui 20 est induit par la variation du pas cyclique longitudinal, la valeur de cette correction augmentant avec la vitesse de translation. Une autre caractéristique de 1'invention est de permettre une correction automatique du pas collectif en fonction 25 de la vitesse de translation pour compenser l'augmentation d'incidence qui est induite par la variation du pas cyclique longitudinal . L'invention permet enfin de corriger simultanément les pas cycliques longitudinal et latéral en fonction de la 30 vitesse de translation, lorsque le pilot agit sur la commande de pas collectif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels : 35 - la figure 1 est une représentation schématique du mécanisme de commande de pas d'un système de rotor auquel la présente invention est applicable; - la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation de l'invention; 72 11968 3 2132466 - les figures 3a et 3b sont des schémas expliquant le fonctionnement du mécanisme de la figure 2; - les figures 4a et 4b représentent un autre mode de réalisation de l'invention; 5 - la figure 5 illustre un autre type de système de rotor auquel s'applique la présente invention; - les figures 6a à 6d sont des schémas de différentes réalisations du système de l'invention. La figure 1 représente un type de rotor auquel la 10 présente invention est applicable. Les commandes de pas cyclique sont articulées sur un tube de torsion 12 au moyen d'axes 11. Le tube 12 tourne dans des supports 13 qui interdisent tout déplacement axial, et il comporte un levier 14 dirigé vers le bas à l'extrémité duquel est articulée une tringle longitudi-15 nale 15. L'autre extrémité de la tringle 15 est articulée sur le bras vertical d'un levier coudé de renvoi 16. Le levier coudé 16 est rigidement associé par un bloc intermédiaire 17 à un levier simple 18 dont le bras est égal et opposé au bras horizontal du levier coudé 16. 20 Les extrémités inférieures des deux manches à balai 10 sont interconnectées par une tringle 21 et l'un d'eux est relié par une tringle 22 à un levier coudé 23. Le levier coudé 23 pivote dans un support fixe 24 et son autre bras est relié à une tige 25. L'autre extrémité de la tige 25 est articulée 25 sur le bras vertical d'un levier coudé 26 dont le bras horizontal est de même longueur que le levier 18 et le bras horizontal du levier coudé 16. La référence 31 représente deux commandes de pas collectif qui sont reliées par un tube horizontal 32. Le tube 32 tourne dans des supports 33 qui interdisent 30 tout déplacement axial. Un support 34 fixé vers l'avant sur le tube horizontal 32 porte le levier coudé 16, le bloc 17 et le levier coudé 26. La référence 50 désigne l'ensemble du plateau oscillant de commande de pas. Gomme on le sait, la partie fixe 51 du plateau 50 est déplaçable verticalement le 35 long d'unarisre 53 et peut tourner autour d'un axe horizontal qui passe par le centre du plateau 50. La partie fixe 51 est reliée au levier 18 et au levier coudé 13 par des tringles verticales 20 et 40 qui agissent en des points diamétralement opposés sur une ligne A-A, et au levier coudé 26 par une tige 72 11968 4 2Î 32466 verticale 30 qui agit en un point situé sur une perpendiculaire B-B à la ligne A-A. On comprend, en examinant la figure 1, que l'angle d'inclinaison de la partie 51 du plateau oscillant varie, autour 5 de la ligne B-B lorsqu'on déplace les commandes 10 dans le sens des flèches en trait plein, et autour de la ligne A-A lorsqu'on déplace ces mêmes commandes dans le sens des flèches en tirets. Il est également évident que la partie fixe 51 du plateau monte sans changer d'inclinaison lorsque le pilote tire vers le haut 10 l'un des leviers de pas collectif 31. Le plateau oscillant comprend également une partie tournante 52 qui est en contact avec la partie fixe 51 et agit, par des tringles de pas 54, sur des leviers de pas 55 qui sont fixés au bord d'attaque de chaque pale 56. Les pales 56 du rotor sont reliées à l'arbre 15 53 par l'intermédiaire de pivots 57 autour desquels s'effectue le réglage d'incidence. Il est donc évident que le déplacement longitudinal de la commande de pas cyclique 10 dans le sens de la flèche en trait plein, provoque une inclinaison du plateau oscillant 50 autour de la ligne B-B, une moitié du plateau 20 étant au-dessus de la ligne A-A et l'autre moitié étant en dessous. En conséquence, le pas des pales 56 passent par un maximum et par un minimum sur une ligne a-c autour de laquelle le roter s'incline par effet gyroscopique. De même, le déplacement latéral des commandes 10 dans le sens de la flèche en 25 tirets provoque une inclinaison du rotor autour d'une ligne b-d. La montée des leviers de pas collectif 31 provoque une augmentation générale du pas des pales 56. Le mécanisme ci-dessus est bien connu des spécialistes et la présente invention s'applique aux parties désignées 30 par les rectangles en tirets a et b sur la figure 1. La figure 2 est un exemple d'application de l'invention à la partie a du mécanisme et l'on utilisera les mêmes références que sur la figure 1 pour désigner les éléments correspondants. Sur la figure 2, l'extrémité supérieure de la trin-35 gle 20 n'est pas directement reliée à la partie fixe 51 du plateau, mais à l'extrémité d'un levier 104. Le levier 104 comporte une fente allongée 105 dans laquelle se déplace un pivot 103 qui est positionné par la tige 102 d'un servomécanisme 101 commandé par un circuit électronique approprié 100. Une tringle 72 11968 5 2132466 120 est articulée sur le levier 104 entre le point de liaison de la tringle 20 et la fente 105. L'autre extrémité de la tringle 120 agit sur un vérin hydraulique 220 dont la tige de sortie 320 est reliée à la périphérie de la partie fixe 51 du pla-5 teau. Le circuit électronique 100 reçoit un signal proportionnel à la vitesse aérodynamique de l'aéronef et commande le servomécanisme 101 conformément aux techniques classiques. L'autre extrémité du levier 104 est reliée"par une 10 tige 106 à un support fixe 107. Un levier 108 relié d'un côté au bout supérieur de la tringle 30 est articulé à l'extrémité de droite du levier 104 par un axe 111. L'axe 111 est juste aligné sous l'extrémité de droite de la fente 105. Une tringle 130 articulée en un point intermédiaire du levier 108 agit 15 sur un vérin hydraulique 230 dont la tige de sortie est reliée est reliée à la partie fixe 51 du plateau. Le bout supérieur de la tringle 40 est relié à une extrémité d'un levier 109 dont l'autre extrémité est articulée dans un support fixe 110. Une tringle 140 articulée en un point intermédiaire du levier 20 109 agit sur un vérin hydraulique 240 dont la tige de sortie 340 est reliée à la périphérie de la partie fixe 51 du plateau. Les Rapports des bras de levier 104, 108 et 109 sont indiqués sur la figure 2. Les longueurs des bras des leviers 104, 108 et 109 25 sont représentées proportionnellement sur la figure 2. Les figures 3a et 3b illustrent le fonctionnement du mécanisme de la figure 2. La figure 3a correspond à une vitesse de translation nulle, c'est-à-dire au vol stationnaire, et la figure 3b correspond à la vitesse maximale de l'aéronef. 30 En vol stationnaire, le pcâat d'appui 103 du levier 104 est à l'extrémité de droite de la fente 105» c'est-à-dire juste à la verticale de l'axe 111. Dans ces conditions, pour m mouvement vers l'arrière de la commande de pas cyclique se traduisant par un déplacement donné de la tringle 20, la course 35 ascendante de la tringle 120 est maximale et correspond à une course descendante égale de la tringle 140. La tringle 130 reste immobile sauf si la commande de pas cyclique est ma-noeuvrée latéralement et déplace la tringle 30. Aucune action correctrice latérale n'est donc associée au mouvement longitu 72 11968 6 2132466 dinal de la commande- de pas cyclique. La montée de la commande de pas collectif se'traduit par des courses ascendantes égales des trois tringles 120, 130 et 140. Ainsi, en vol stationnaire, le dispositif de l'invention se comporte exactement comme un 5 système classique du type de la figure 1. A la vitesse maximale de vol, le point d'appui 103 est à l'autre extrémité de la fente 105 et, lorsque le pilote tire sur la commande de pas cyclique, la course ascendante de la tringle 120 est réduite, comparée au mouvement de la tringle 10 20, de sorte que la variation du pas cyclique qui correspond au cabré est plus faible qu'en vol stationnaire. Simultanément, la tringle 130 descend pour créer une correction latérale correspondant à un mouvement de roulis vers la gauche. La course ascendante de la tige 120 étant plus faible que la course 15 descendante de la tige 140, le centre du plateau oscillant descend, ce qui revient à dire que le pas collectif diminue lorsque la commande de pas cyclique est déplacée vers l'arrière. Lorsque la commande de pas cyclique est déplacée latéralement, le levier 108 pivote autour du point 111 et, pour un mouvement 20 donné de la tringle 30, le mouvement de la tringle 130 est indépendant de la vitesse de vol et n'induit aucune correction sur les autres axes. Le mouvement vertical de la commande de pas collectif fait monter d'une égale hauteur les tringles 20, 30 et 40, mais les mouvements des tringles 120 et 130 sont plus 25 faibles que celui de la tringle 140, ce qui induit des actions correctrices dans le sens du piqué et du roulis vers la gauche. La valeur des actions correctrices en fonction de la vitesse de translation dépend des caractéristiques de vol de l'appareil qui déterminent les caractéristiques du circuit électronique 30 100. La présente invention est également applicable à la partie b de la figure 1. Dans ceqis, le but de la présente invention peut être atteint à un degré suffisant même si l'on ne réalise pas l'action correctrice sur le pas collectif des mou-35 vements longitudinaux de la commande de pas cyclique et les actions correctrices longitudinales et latérales correspondant à la variation du pas collectif. On conçoit que, dans le système de la présente invention, les tringles 320, 330 et 340 ne sont pas nécessairement articulées sur la périphérie de la 72 11968 7 2132466 partie fixe 51 du plateau. La tringle 340 peut être reliée à un point situé plue à l'intérieur, comme illustré sur les figures 4a et 4b. Dans ce cas, le rapport des longueurs du levier 18 et du "bras horizontal du levier coudé 16 est par exemple mo-5 difié proportionnellement aux positions radiales des points de liaison des tringles 320 et 340 à la partie fixe 351 . La présente invention est applicable non seulement aux systèmes de rotor de la figure 1, mais également à d'autres types de rotors dont un exemple est illustré sur la figure 5. 10 Dans le mécanisme de la figure 5, la tringle 40 est articulée en bas sur une oreille 35 solidaire du support 34, et en haut à la partie médiane d'un levier 41 qui pivote autour d'un point fixe 42. L'autre extrémité du levier 41 est reliée au bas d'une tige 58 qui supporte le centre du plateau oscillant. Dans ce 15 cas, on peut réaliser les buts de la présente invention bien qu'il ne soit pas possible de corriger le pas collectif lors des déplacements longitudinaux de commande de pas cyclique. Les figures 6a, 6b, 6c et 6d représentent diverses variantes du mécanisme de commande de l'invention. Dans l'exem-20 pie de la figure 6a, l'axe 103 servant de point d'appui réglable est relié par une tige 112 à un amortisseur à ressort 113 qui le ramène dans une position prédéterminée en cas de défaillance du servomécanisme 101. Sur la figure 6b, l'ensemble formé du circuit électronique et du servomécanisme est doublé 25 en cas de défaillance. Sur la figure 6c, la tige 131 du servomécanisme 101 est articulée en un point intermédiaire d'un levier 132 qui est articulé sur un support fixe 133 et déplace l'axe 103 par son autre extrémité. La figure 6d représente une variante dans laquelle la fente 105 a une forme plus compli-30 quée permettant d'obtenir certains effets particuliers. La présente invention qui permet d'améliorer les caractéristiques de commande cfes aéronefs à voilure tournante pendant les manoeuvres, est également avantageuse pendant le vol horizontal rectiligne. Il existe par exemple des hélicoptères à propulsion 35 mixte dans lesquels la force propulsive est fournie par une hélice, la plus grande partie de la portance étant crée par une voilure fixe pour réduire au maximum la charge du rotor en vol horizontal rapide. Il faut donc diminuer le pas collectif au fur et à mesure que la vitesse augmente et, au-dessus d'une 72 11968 8 2132466 certaine vitesse, il est nécessaire d'augmenter le pas cyclique longitudinal dans le sens du cabré pour conserver un vol horizontal. Oe phénomène appelé "inversion des commandes" oblige le pilote à pousser sur le manche à balai jusqu'à une 5 certaine vitesse, puis à tirer lorsque la vitesse augmente encore. Le dispositif de l'invention peut être étudié pour effectuer automatiquement cette correction du pas collectif éliminant ainsi la ,tendance à l'inversion des commandes. 10 Dans un hélicoptère pur, la force propulsive et la portance sont fournies par le rotor principal et à grande vitesse, pour surmonter la trainée aérodynamique du fuselage, il est nécessaire d'incliner le disque du rotor vers l'avant pour augmenter la force propulsive, ce qui nécessite une mo-15 dification du pas cyclique dans le sens du piqué. Le pilote doit donc augmenter le pas collectif au fur et à mesure que la vitesse croit et en même temps il doit repousser le manche à balai vers l'avant. Pour un tel hélicoptère, la vitesse maximale de translation est généralement limitée par la fai-20 ble course restante du manche à balai pour un mouvement vers l'avant. On peut éliminer cet inconvénient par le système de l'invention en étudiant le mécanisme de façon que le pas cyclique varie automatiquement dans le sens du piqué lorsque le pilote augmente le pas collectif. 25 II va de soi que la description précédente n'est nullement limitative et qu'on pourra y apporter diverses modifications ou variantes entrant dans le cadre et dans l'esprit de l'invention. 72 11968 9 2132466 RBVEKDICATIONS 1. Dispositif de commande pour un aéronef à voilure tournante ayant des pales à incidence variable et un plateau oscillant de réglage des pas cyclique et collectif, ledit dis- 5 positif étant caractérisé en ce qu'au moins la tringlerie de commande du pas cyclique comprend un levier à point d'appui variable en fonction de la vitesse de translation de l'aéronef, de telle manière que la varation du pas cyclique longitudinal qui est induite par un mouvement longitudinal de la commande 10 correspondante diminue lorsque la vitesse de translation augmente, le pas cyclique latéral subissant en outre une action correctrice pour compenser le mouvement de roulis qui est induit par la variation du pas cyclique longitudinal, l'amplitude de cette dernière correction augmentant en fonction de 15 la vitesse de translation. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pas collectif des pales est également modifié proportionnellement à la vitesse de translation lorsque la commande de 'pas cyclique est déplacé^ dans le sens longitu- 20 dinal. 3. Dispositif de commande sjblon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un déplacement de la commande de pas collectif provoque, en plus d'une variation du pas collectif, des actions correctrices modifiant à la fois les pas cycliques 25 longitudinal et latéral proportionnellement à la vitesse de translation de l'aéronef.