Brevet FR2355715A1 — publié le 19780120

L'invention a pour objet un appareil à pales pour déplacer un engin dans l'air. On connatt plusieurs types d'appareils à pales pour déplacer un engin dans l'air. Dans un avion, l'appareil consiste en une hélice entraînée par un moteur et dont l'axe de rotation est parallèle au fuselage de l'avion. Le plus souvent, le pas des pales peut étire ajusté, notamment pour répondre à des considérations de rendement. Dans un hélicoptère, l'appareil consiste en une voilure tournante, ou rotor, entratné par un moteur, et qui réalise non seulement la sustentation mais également la propulsion et cela par une variation cyclique du pas des pales. On a depuis longtemps cherché à créer des engins qui possèdent à la fois les qualités d'un avion et celles d'un hélicoptère ou analogue sans en présenter les défauts ou servitudes. Ces engins, qualifiés de convertibles, sont munis soit de rotors tournant autour d'axes fixes différents, certains rotors assurant la sustentation et d'autres assurant la propulsion, soit encore de rotors ou hélices dont l'orientation de l'axe est réglable dans un plan parallèle à l'axe longitudinal de l'engin, de manière à permettre la sustentation lors du décollage vertical et la translation en vol horizontal. Dans les deux cas, la construction est compliquée. Dans le second cas, l'orientation d'un groupe portant l'hélice ou propulseur par rapport au corps de l'engin rencontre des difficultés qui sont nralaisément surmontables. En outre, la variation d'orientation est relativement très lente. L'invention a pour objet un appareil à pales comprenant un premier groupe de pales formant un rotor ou hélice tournant autour d'un axe et un second groupe de pales formant un rotor ou hélice tournant autour d'un axe différent du premier, caractérisé en ce que les centres des deux rotors ou hélices étant substantiellement confondus ou proches l'un de l'autre, et les rotors ou hélices étant engrenants, c'est-à.-dire tournant à la même vitesse angula ire pour éviter la rencontre de leurs pales, des moyens sont prévus pour faire varier indépendamment l'une de l'autre les forces aérodynamiques résultant de la rotation du premier rotor ou hélice et de la rotation du second rotor ou hélice, le plus simplement par variation du pas des pales. Par l'appareil selon l'invention, la variation de l'une ou l'autre, ou des deux forces de traction, a pour conséquence une modification de l'orientation de la résultante desdites forces, permettant ainsi, par l'appareil, non seulement d'assurer le déplacement de l'engin qu'il équipe,mais également de faire évoluer ce dernier. La modification du pas des pales peut être aussi rapide que désirée, permettant de faire suivre à l'engin toute trajectoire compatible avec les efforts qui s'exercent sur l'engin. L'invention prévoit non seulement une modification du pas des pales, mais également son inversion de manière qu'un rotor puisse exercer une action suivant son axe aussi bien dans un sens que dans l'autre, et cela entre une valeur sensiblement nulle et une valeur maximale. L'ajustement du pas de l'un et l'autre des rotors de l'appareil permet d'obtenir une résultante d'entratnement qui peut prendre pratiquement toutes les directions dans le plan contenant les deux axes de rotation des rotors. L'invention prévoit de fixer l'appareil sur un support orientable autour d'un troisième axe par rapport à l'engin, permettant ainsi d'amener la résultante des forces aérodynamlques/prati- quement dans toutes les directions de l'espace. L'invention prévoit, en complément de la modification du pas général des pales, d'introduire, au moins pour un rotor, une variation cyclique du pas, notamment pour tenir compte des effets aérodynamiques provoqués par le fonctionnement de l'autre rotor, et cela au bénéfice du rendement de l'ensemble de l'appareil. L'appareil selon l'invention fait appel à des techniques connues pour le montage des pales de rotor ou d'hélice sur les moyeux et pour la commande de leur pas. Sa construction peut être réalisée sous forme très compacte. L'invention prévoit des appareils où les rotors sont identiques et d'autres appareils où les rotors sont différents, chacun d'eux étant adapté au ralle particulier qu'il est destiné à jouer sur l'engin. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un appareil selon l'invention ; - la figure 2 est une vue suivant la flèche A de la figure 1 - la figure 3 est une vue suivant la flèche B de la figures; - la figure 4 est un diagramme ; - la figure 5 est une vue schématique d'une forme de réalisation, avec coupe partielle - la figure 6 est une vue analogue à la figure 5, mais pour une variante, et à plus grande échelle - la figure 7 est une vue schématique relative à une autre réalisation. Un appareil de propulsion aérodynamique selon l'invention comprend un premier rotor ou-hélice 21 (figures 1 à 3) (dans ce qui suit, on utilisera, pour simplifier, l'expression "rotor", mais il devra être compris qu'elle peut également s'appliquer à une hélice) monté à rotation autour d'un axe xx et qui comprend des pales 22 et 23, par exemple au nombre de deux et diamètralement opposées, portées par des pieds de pales 24 et 25. I1 comprend un second rotor 26, monté à rotation autour d'un axe yy perpendiculaire à l'axe xx et rencontrant ce dernier en un point 0. Le rotor 26 comprend deux pales 27 et 28, diamétralement opposées, montées sur des pieds 29 et 30. Les rotors 21 et 26 tournent à la même vitesse. Leurs plans moyens de rotation 31 et 32 sont perpendiculaires. Leurs sens de rotation sont tels que leurs pales ne se rencontrent pas, ce qui est schématisé par les flèches des figures 2 et 3 qui sont des vues de l'appareil montré sur la figure 1, en regardant respectivement comme montré par les flèches, respectivement A et B, qui sont portées sur cette dernière. Les rotors 21 et 26 sont entraînés à partir d'un moteur commun, non représenté. Leurs arbres 33 et 34 portent des pignons, respectivement 35 et 36, qui engrènent l'un avec l'autre, fixant le calage angulaire relatif des rotors l'un par rapport à l'autre. Sur l'arbre 33 est monté un dispositif 37 de commande du pas général des pales 22 et 23 du rotor 21 et sur l'arbre 34 est monté un dispositif 38 de commande du pas général des pales 27 et 28 du rotor 26. Lorsque le pas ou incidence des pales du rotor 21 est maximal dans un sens, la force aérodynamique résultante développée sur le rotor 21 est représentée par le vecteur o sur l'axe Ox du diagramme de la figure 4. Si, dans la même condition, le pas des pales 27 et 28 du rotor 26 est nul, l'action aérodynamique sur ledit rotor est nulle. L'engin équipé de l'appareil selon l'invention est alors soumis à la seule force To. Lorsque le pas des pales du rotor 21 est maximal dans le sens opposé, l'engin est soumis à la force -To. A l'inverse, si le pas des pales du rotor 21 est nul et le pas des pales 27 et 28 du rotor 26 est maximal, l'engin est soumis à l'action de la résultante aérodynamique représentée par le vecteur T'o ou -T'o sur l'axe yy perpendiculaire à xx,selon que le pas des pales est maximal dans un sens ou dans le sens opposé. Pour des rotors qui sont l'un et l'autre dans la condition correspondant à l'action aérodynamique maximale, l'engin est soumis à l'action de la résultante représentée par le vecteur de grandeur ToM- ou -ToV2. On obtient ainsi, par le seul réglage du pas des pales de l'un et/ou dé l'autre des rotors de l'appareil, une action d'entrainement sur l'engin représentée par un vecteur dont l'origine est au point O et dont l'extrémité est un point quelconque à l'intérieur du carré dont le centre est O et le côté a une longueur de 2To. Les extrémités des vecteurs situées dans un même quadrant du diagramme correspondent à des pas respectifs différents entre eux mais gardant le meme signe. Dans la forme de réalisation montrée sur la figure 5, un arbre 51, relié au moteur, est contenu à l'intérieur d'un bras tubulaire 52 fixé sur l'engin. Ledit bras supporte, à rotation autour de sa ligne moyenne 53, un carter 54 sensiblement sphérique et présentant un pied 55 pour son engagement à rotation,.par l'intermédiaire d'un palier 56, dans le bras 52. L'arbre 51, supporté dans le bras 52 par un palier 57 et dans le pied 55 par un palier 58, se termine par un pignon conique 59. Ce dernier engrène avec un pignon conique 60 calé sur un arbre 61, lequel est monté à rotation dans un palier 62 que porte un support 63 dépendant du carter 54. Sur l'arbre 61, à l'extrémité opposée du pignon 60, est calé un pignon conique 65, au-delà duquel l'arbre 61 se prolonge par un arbore 66 portant les pales 67 et 68 d'un rotor 69 tournant autour de l'axe y .Avec le pignon conique 65 engrène un pignon conique 70 solidaire d'un arbre 71 qui repose à rotation dans une portée 72 du carter 54. C'est un arbre 73 prolongeant l'arbre 71 qui porte un rotor 74 à pales 75 et 76 tournant autour de l'axe x La ligne moyenne 53 passe par l'intersection des axes x et y de rotation respectivement du rotor 74 et du rotor 69. Dans cette forme de réalisation, les pieds de pales 77 et 78 sont articulés autour d'axes transversaux 79 et 80. Le dispositif d'ajustement du pas des pales 75 et 76 com prend un plateau 81 déplaçable suivant l'axe xx de rotation du rotor 74 pour obtenir la variation du pas général, et inclinable autour d'une rotule, non représentée, pour obtenir la variation cyclique du pas. La transmission entre le plateau 81 et les pales 75 et 76 n'a pas été représentée dans un but de simplification mais est bien connue des techniciens. Le plateau analogue correspondant au rotor 69 n'a pas été représenté. L'un et l'autre des plateaux sont sous l'action de moyens de commande indépendants. Dans la forme de réalisation montrée sur la figure 6,une démultiplication est interposée entre l'arbre moteur 51 et l'arbre de rotor 73. L'arbre 51 se termine à l'intérieur d'un carter 91 par un pignon conique 92, lequel engrène avec un pignon conique 93 faisant partie d'un équipage 94, lequel repose par des bouts d'arbres 95 et 96 dans des paliers 97 et 98 ménagés par le carter 91. L'équipage 94 porte à une de ses extrémités un pignon conique 98', lequel engrène avec un pignon conique 99 porté par un arbre 100 supporté dans des paliers 101. L'arbre 100 présente à son autre extrémité une denture 102, laquelle engrène avec des pignons satellites 103 portés par un plateau 104 solidaire de l'arbre 73. Les pignons satellites 103 prennent appui sur une couronne dentée 105 du bottier 91. Une disposition analogue, dont on voit les pignons 106 et 107 sur la figure, est prévue pour l'entratnement avec réduction de vitesse de l'autre rotor. Dans la forme de réalisation montrée schématiquement sur la figure 7, l'arbre 121 du rotor tournant autour de l'axe x porte un pignon conique 122 en prise avec un pignon conique 123, lequel est porté à l'extrémité de l'arbre 124 d'un premier moteur hydraulique 125, l'arbre 124 traversant un carter 126 par l'intermédiaire d'un palier 127. L'arbre 128 du deuxième rotor d'axe y perpendiculaire à l'axe x, porte de même un pignon conique 129 engrenant avec un pignon conique 130 qui forme l'extrémité de l'arbre 131 d'un second moteur hydraulique 132, l'arbre 131 traversant le carter 126 par l'intermédiaire d'un palier 133. Sur les arbres 124 et 131 sont calés des pignons droits, respectivement 134 et 135, qui engrènent l'un avec l'autre et assurent la synchronisation du mouvement des rotors. L'invention prévoit dasservir le couple de chaque moteur h;raulique à celui du rotor correspondant. REVENDICATIONS 1. Appareil de propulsion aérodynamique à deux rotors aux hélices à pales engrenantes tournant autour d'axes orthogonaux substantiellement concourants et ayant des actions aérodynamiques réglables indépendamment l'une de l'autre par modification du pas des pales caractérisé en ce que les rotors comprennent des moyens pour faire varier cycliquement l'incidence de leurs pales. 2. Appareil de propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de rédu.ction mécanique entre l'arbre moteur et les arbres des rotors. 3. Appareil de propulsion selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est porté par un support monté à rotation autour d'un axe passant par le point de concours des axes des arbres des rotors. 4. Engin aérien equipé d'un appareil de propulsion selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Procédé de pilotage d'un engin selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre des moyens pour faire varier cycliquement le pas des pales d'un des rotors indépendamment du pas des pales de l'autre rotor.