Brevet FR2125150A1 — publié le 19720929

La présente invention concerne un rotor de giravion comportant un moyeu en matière plastique armée grâce auquel les mouvements d'oscillation des pales danfc le plan de rotation du rotor, oscillations dites de traînée, et les mouvements de ces 5 mêmes pales dans des plans perpendiculaires au plan >3© rotation du rotor, mouvements dits de battement, sont obtenus par des flexions statiques et dynamiques de cette matière, cependant que les mouvements de rotation des pales autour de leur axe longitudinal, mouvements dits de pas, tendant à changer 1*incidence du 10 profil des pales, sont obtenus par une articulation interposée entre chaque pale et la partie flexible du moyeu, articulation qui autorise le tourillonnement de la pale autour dudit axe longitudinal . On connaît des rotors de giravion sans articulation 18- de battement et de traînée, les pales de tels retors étant fixées à vu moyeu rigide en passant par un palier de variation de pas permettant uniquement la variation du pas des pales. Pour faire fonctionner de tels rotors, il est nécessaire et connu, soit d'insérer entre la tête de rotor rigide et 20 la pale proprement dite des pièces intermédiaires élastiques permettant à chaque pale d'effectuer les mouvements de battement et de traînée nécessaires, soit de construire les pales en matière synthétique renforcée de fibres de verre leur assurant une certaine souplesse de battement et de traînée, ces pales pouvant compor-25 ter également, comme indiqué dans le brevet français 1.595.587, un tronçon d'emplanture formant col destiné plus particulièrement à ajuster les fréquences naturelles de battement et de traînée desdites pales en rotation. De tels rotors présentent certains inconvénients ma-30 jeurs sensibles surtout aux vitesses de translation élevées : les éléments souples se trouvent assez éloignés du centre du moyeu, ce qui a pour effet de créer des moments déstabilisants liés au basculement du disque rotor soumis à une rafale. Le positionnement de l'articulation de pas, en avant 35 des éléments souples de la pale, introduit des variations d'incidence parasites dues aux couplages des déformations de battement et de traînée. Ces variations d'incidence parasites peuvent provoquer une violente instabilité de tangage à grande vitesse de translation de l'appareil et favorisent la naissance d'excitations 40 vibratoires élevées. 71 04967 2 2125150 L'invention remédie à ces inconvénients. Suivant une particularité importante de la présente invention, le moyeu comporte une pluralité de bras en nombre égal au nombre de pales, bras armés de faisceaux de fibres à haute S résistance mécanique sensiblement radiaux et conformés au voisinage du moyeu en section aplatie dans le plan du rotor, section qui évolue pour se transformer en un tronçon de cylindre sensiblement radial, ledit tronçon de cylindre portant un manchon sur lequel tourillonne une douille liée rigidement à chaque pale par 10 une fixation adéquate. De préférence, la force centrifuge agissant sur la pale est, de manière connue en soi, supportée par un élément rectiligne allongé, fixé, d'une part, â la pale, d'autre part, au bras, élément résistant à la traction longitudinale mais capa-15 ble de torsion. Dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, ledit élément allongé est constitué par un faisceau de fibres de verre coaxiales au tronçon de cylindre. De préférence, ce faisceau de fibres est intégré à l'armature du moyeu et cons-20 titue la portion terminale d'un faisceau incorporé à cette armature . Ainsi, aucune fixation n'est nécessaire vers le moyeu et il suffit de conformer l'extrémité extérieure de ce faisceau pour la fixation à la pale. 25 De préférence, ce faisceau axial est cylindrique et enrobé d'un élastomère vulcanisé ; il peut être séparé du reste du moyeu par un manchon de matière plastique antifriction, par exemple un manchon de polytétrafluoroéthylène. Pour éviter certaines vibrations en vol, connues 30 sous le vocable "résonance air" et limiter par ailleurs les moments de traînée au passage de la résonance de traînée au lancement et à l'arrêt du rotor, le moyeu comporte avantageusement des amortisseurs de traînée dont la course utile peut être faible du fait des débattements assez réduits des bras flexibles du 35 moyeu. La partie centrale du moyeu moulé étant enfermée dans un boîtier métallique, les amortisseurs de traînée peuvent être montés entre des attaches solidaires, d'une part, des manchons portés par les tronçons cylindriques de bras et, d'autre 40 part, du boîtier dans l'espace compris entre deux pales consé 71 04967 3 2125150 cutives. Par rapport aux moyeux métalliques articulés, le moyeu conforme à l'invention ayant un fonctionnement analogue à celui desdits moyeux est particulièrement simple, ce qui, du fait 5 de la réduction du nombre de pièces délicates notamment des roulements et pièces métalliques travaillant à la fatigue, améliore la fiabilité d'ensemble, diminue la masse et le prix de revient et facilite de façon substantielle la maintenance. De plus, l'utilisation de fibres de verre donne à ce moyeu une très grande ré-10 sistance à la fatigue à laquelle s'ajoute un avantage de sécurité, en ce sens que les détériorations n'y sont jamais explosives mais progressives et accompagnées de délamination visible très longtemps avant rupture. Un avantage intéressant du moyeu conforme à l'inven-15 tion concerne la possibilité de lui associer des pales de natures très diverses, métalliques ou plastiques armés par exemple. On remarquera également que, par rapport aux rotors sans articulations de battement et de traînée et sur lesquels la souplesse nécessaire se trouve dans les pales elles-mêmes et 20 plus particulièrement à leur emplanture, un rotor comportant un moyeu conforme à l'invention présente l'avantage de comporter des éléments souples en battement plus proches du centre du moyeu, ce qui a un puissant effet stabilisant sur le rotor, en particulier quand celui-ci est soumis à une rafale. 25 De plus, sur un tel rotor, l'incidence des pales n'est pas influencée par les déflexions de battement et de traînée du moyeu du fait de l'interposition de l'articulation de pas entre pale et élément déformable du moyeu. Ainsi se trouvent éliminées les instabilités de tangage et les excitations vibratoires élevées 30 rencontrées à grande vitesse de translation sur les hélicoptères munis de pales souples. Les dessins annexés montreront comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est une vue en plan avec arrachement 35 partiel d'une première forme de réalisation de l'invention. La figure 2 est une coupe par II-II de la figure 1. La figure 3 montre en coupe analogue-à la figure 2 une variante de réalisation des organes entre pale et bras flexible . 40 La figure 4 montre en perspective éclatée une réalisa 71 04967 4 2125150 tion de moyeu conforme à la figure 3. La figure 5 montre en coupe horizontale une autre variante de réalisation. Le moyeu, montré sur les figures 1 et 2, comporte es-5 sentiellement une portion centrale 1 réalisée en fibres à haute résistance, par exemple de verre, imprégnées de résine synthétique et disposées en étoile pour former autour de l'axe de rotation du rotor autant de bras flexibles 2 que le rotor comporte de pales. Pour constituer ces bras, les fibres, continues d'un bras 10 à l'autre et s'incurvant dans la partie centrale 3, sont disposées de telle sorte que la section de chaque bras passe graduellement sans changer de surface d'une forme sensiblement ovale à l1emplanture 4, l'aplatissement étant orienté dans le sens perpendiculaire à l'axe du moyeu, à une forme circulaire à l'extrémité 5. 15 La portion centrale 3 est, de préférence, renforcée par une enveloppe 3a formée de plusieurs couches de tissu de verre imprégné de résine de façon à former le corps du moyeu et permettre sa fixation sur la partie supérieure de l'arbre 6, lequel s'évase en une collerette 6a par l'intermédiaire des deux 20 demi-coquilles métalliques 7 et 8 qui enveloppent cette portion centrale et sont rendues solidaires entre elles d'une part et avec la collerette 6a d'autre part par des axes filetés 9 maintenus en place par des écrous 10 disposés entre les bras. Dans l'espace central en étoile, laissé libre par les 25 faisceaux de fibres allant d'un bras à l'autre, on dispose un remplissage 11 en matière synthétique rigide, autour d'une douille 12 utilisée pour la mise en place d'un outillage de manutention du moyeu ou pour le passage de canalisations électriques. A l'extrémité de chaque bras, la portion circulaire 30 5 est, de préférence, épaissie et renforcée sur la longueur A par 1'intercalation de formes en tissus de verre 13 entre les nappes de fibres de verre. Ce tronçon terminal 14 devient ainsi capable de résistance mécanique aux sollicitations de toutes directions. Dans l'espace central de ladite portion circulaire 35 est disposé un remplissage de matière synthétique rigide identique à celui utilisé dans la partie interne centrale du corps de moyeu. Ce tronçon reçoit le dispositif de liaison entre le bras et 1'emplanture de la pale qui permet aux forces et moments 40 engendrés par la pale en rotation (battement, traînée, efforts 71 04967 5 2125150 centrifuges) de passer dans le bras, et une articulation de pas permettant, au moyen d'un levier de commande approprié, de faire varier l'incidence de chaque pale par pivotement autour de l'axe géométrique de ce tronçon. 5 A cette fin, après polymérisation du tx>0KÇ0it 14, Côl": ci est percé. Une bague 16 métallique est introduite dans le trou centrée par un outillage apporprié et l'on colle en une même opération cette bague et un manchon extérieur cylindrique 15 en acier qui entoure complètement le tronçon 14 et peut ainsi transit) mettre les efforts et moments transversaux. L'effort de traction centrifuge longitudinal est appliqué à la bague 16 par un axe en acier 16a qui la traverse ; celle-ci comprime à son tour le tronçon 14 qui travaille alors en cisaillement. 15 L'articulation de pas peut être réalisée, par exemple au moyen d'une butée à rouleaux 17 interposée entre, d'une part, une frette 18 glissée sur le manchon 15 et retenue par l'axe 16a, frette dont l'extrémité forme le chemin de roulement interne pour les rouleaux 17 et, d'autre part, une douille 19 dont l'extrémité 20 forme le chemin de roulement externe. Cette douille 19 tourillonne également au moyen d'un palier 20, lisse ou à aiguilles, sur le prolongement du manchon 15. Un joint 21 assure l'étanchéité entre le manchon 15 et la douille 19. L'ensemble de ce palier est lubrifié, soit à la grais 25 se, soit par bain d'huile, et comporte les graisseurs appropriés. La douille 19 comporte, du côté de la pale 25, une collerette 19a permettant, par une couronne de boulons 22,1a fixation de la ferrure de pale 23 sur laquelle est ménagée une chape double assurant, par l'intermédiaire de deux axes 24, la 30 retenue de ladite pale 25. Sur la douille 19, côté interne, est fixé par bou-lonnage un levier 26 connecté au système des commandes du giravion, de façon à permettre la variation du pas de la pale. Dans cette réalisation, la force centrifuge agissant 35 sur la pale est transmise au bras 2 par la butée conique comportant les galets 17. Un amortisseur de traînée à faible course 27, de type connu, est interposé entre, d'une part, la partie centrale du moyeu par l'intermédiaire d'une chape 28 fixée sur l?.s demi-40 coquilles 7 et 8 au moyen des axes 9, et, d'autre part, l'extré 71 04967 6 2125150 mité de chaque bras flexible par l'intermédiaire d'un levier 29 prolongeant le manchon 15 et fixé à celui-ci. La figure 3 montre une variante de liaison entre l'extrémité du bras souple et la ferrure d'attache de pale. 5 Dans ce cas, le manchon fixe 15 comporte deux che mins de roulement internes 30 et 31 pour deux roulements à aiguilles 32 et 33, tandis que la ferrure d'attache 36 (qui comporte, du côté de la pale, une chape recevant les deux axes 24) est conformée, du côté du centre du moyeu, en une douille cylindri-10 que qui entoure le manchon 15 et forme les chemins de roulement externes des roulements à aiguilles 32 et 33. Sur l'extrémité de cette douille vient se fixer par boulonnage le levier de pas 26. Entre la ferrure de pale 36 et le tronçon cylindrique 15 14, est interposé un élément 34 d'un type connu capable de torsion et tel qu'un faisceau de lames d'acier ou un éléments en fils d'acier bobinés. Cet élément, logé à l'intérieur du tronçon 14, est destine à transmettre l'effort centrifuge tout en permettant la rotation relative de la pale par rapport au moyeu. Cet 20 élément 34 est retenu dans un logement pratiqué dans la ferrure 36 au moyen d'un axe 35 et sur l'extrémité du bras flexible par l'axe 16a. Il est avantageux de constituer l'élément 34 par un faisceau de fibres très résistantes enrobé d'un élastomère souple 25 et incorporé dans le bras à la fabrication de celui-ci. On obtient ainsi un abaissement du prix du moyeu par l'élimination des éléments extérieurs de reprise des efforts centrifuges, lesquels sont en général très onéreux, et une réduction de la masse de l'ensemble du fait du remplacement de pièces métalliques spécialement en 30 acier par des éléments en stratifié verre-élastomère de densité plus faible. La variante de réalisation montrée sur la figure 5 montre la possibilité de réaliser le tirant supportant la force centrifuge par un faisceau de fibres résistantes imprégné d'élas-35 tomère souple vulcanisé, faisceau qui fait partie de l'armature en fibres de verre du moyeu. Dans ce cas, une portion de faisceau 37 de fibres armant le moyeu est conformée en un cylindre 38 coaxial au tronçon cylindrique 14 et imprégné d'élastomère vulcanisé souple. 40 L'extrémité libre extérieure 39 de ce cylindre est imprégnée 71 04967 7 2125150 d'une résine synthétique polymérisable résistante pour constituer un élément de liaison avec la pale 25. Comme représenté, on peut ainsi constituer une tête traversée par une broche 40 de liaison à la pale. 5 On peut aussi conforner cette extrémité en une tête conique qui s'emboîte dans un logement de la pale 25. La portion cylindrique 38 formant un élément capable de torsion peut avoir une longueur égale à la moitié de la longueur totale du bras 2. De préférence, cette portion est située 10 au delà de la partie de bras 2 voisine du moyeu qui subit la flexion de battement et la' flexion de traînée. En outre, elle est avantageusement incorporée, au moins pour la plus grande partie, à l'intérieur du manchon 15 formant palier pour la pale. La déformation en torsion de ce cylindre est faci-15 litée par une gaine 41 en matière connue sous le nom commercial de "Téflon". Pour l'exécution d'un tel mcyeu, les portions cylindriques 38 sont confectionnées en premier et revêtues de leur gaine de Téflon, après quoi l'ensemble du moyeu avec son arma-20 ture de fibres de verre comprenant les portions cylindriques 38 est moulé après imprégnation avec une résine. On remarquera que les amortisseurs de traînée 27 sont, dans la réalisation suivant la figure 5, fixés à leurs deux extrémités à des oreilles 29 des manchons 15. 2 5 L'invention s'applique à tous les hélicoptères ou giravions comportant un ou plusieurs rotors sustentateurs. 71 04967 S 2125150 REVENDICATIONS 1. Rotor pour giravion comprenant un moyeu en matière plastique armée de fibres â haute résistance, moyeu comportant, pour le support de chacune des pales, un bras flexible armé d'un 5 faisceau radial de ces fibres et ayant, au voisinage du moyeu, une section aplatie dans le sens perpendiculaire à l'axe du moyeu, caractérisé en ce que la section du bras évolue vers la section circulaire, le bras se terminant par un tronçon de cylindre sensiblement radial sur lequel est fixé un manchon cylindrique ser-10 vant de pivot à une douille solidaire du pied de pale. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon cylindrique terminal est épaissi par incorporation de formes en tissus de fibres résistantes coaxialement au faisceau de fibres axiales de ce tronçon. 15 3. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pale est fixée au moyeu par un élément rectiligne résistant à la traction mais capable de torsion, disposé axiale-ment dans ledit tronçon cylindrique et dont les extrémités sont fixées, de part et d'autre de la partie de tronçon cylindrique 20 portant le manchon, respectivement au bras et à la pale. t. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une extrémité au moins d'un amortisseur de traînée est fixée à une oreille de manchon solidaire d'un tronçon cylindrique. 5. Rotor selon la revendication 4, caractérisé. en ce 25 qu'une des deux extrémités d'un amortisseur de traînée est fixée à un boîtier enfermant la partie centrale du moyeu dans l'intervalle entre deux pales. 6. Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément rectiligne est constitué par un faisceau de fibres 30 résistantes enrobé d'un élastomère vulcanisé souple. 7. Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que le faisceau est une portion terminale des groupes de fibres d'armature du moyeu. 8. Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce 35 que le faisceau est isolé du tronçon cylindrique par une gaine en matière synthétique souple antifriction. 9. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrémité extérieure du faisceau est enrobée de résine synthétique durcie et conformée pour sa liaison à la pale. 40 10. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce 71 04967 9 2125150 que la portion terminale de faisceau est de longueur sensiblement égale à la moitié de la longueur totale du bras* 11. Rotor selon la revendication 7, caractérisé en ce que la portion terminale de faisceau s'étend essentiellement 5 dans la partie de bras comprenant le tronçon cylindrique qui est entourée par le manchon. 12. Un procédé de fabrication d'un moyeu moulé selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les portions terminales de faisceau sont enrobées d'élastomère vulcanisable 10 et revêtues, après vulcanisation au moins partielle, d'une gaine de matière synthétique souple antifriction, après quoi l'ensemble du moyeu est moulé, chacune desdites portions terminales étant centrée dans le moule de chacun des bras.