Brevet FR2510065A1 — publié le 19830128

L'invention a pour objet une hélice d'avion en bois à plusieurs pales ; elle se rapporte plus particulièrement a la façon dont chacune des pales est assemblée avec un moyeu métallique qui est lui-meme calé en rotation sur l'arbre du moteur de l'avion. Le bois est une matière qu'il est toujours avantageux d'utiliser pour la fabrication des hélices destinées aux avions de puissance plutt faible comme les avions de tourisme ou les avions à rayon d'action limité. Mais en dépit de toutes ses qualités, le bois a un inconvénient important quand il est utilisé pour la confection des pales d'hélice. Il est toujours sujet à des variations de volume en fonction de l'humidité de l'atmosphère. Or, un avion est susceptible de se trouver,en quelques heures, dans des zones où le climat est très différent de l'une à l'autre si bien que le bois peut Autre l'objet de variations de volume dans un sens (par exemple le gonflement) puis dans l'autre (par exemple la contraction) à une amplitude relativement grande. Quand il s'agit d'hélices à deux pales opposées, on a tourné la difficulté en réalisant l'hélice en une pièce, le moyeu en bois ne faisant qu2ne partie asec les pales. Cette solution rend la fabrication de l'hélice plus difficile; elle ne peut plus être adoptée quand il s'agit d'une hélice à plus de deux pales, ne serait-ce qu'une hélice tripale. Dans un tel cas, on est contraint de fabriquer les pales séparément et de les assembler avec un moyeu central. En raison des efforts que ce dernier doit être capable de supporter - par exemple une pale de 0,90 m. de long exerce sur le moyeu un effort d'arrachement de 4 tonnes pendant. tout le temps de la rotation normale de l'hélice - il est préférable de se servir d'un moyeu métallique. Ce dernier est insensible aux variations d'humidité de l'air.Quand la pale en bois se contracte dans un climat sec, elle arrive à avoir un jeu excessif dans la zone de son assemblage avec le moyeu et elle est susceptible d'être arrachée du moyeu pendant le vol. Cet accident s'est produit effectivement, même quand la pale était tenue dans une coquille métallique à l'aide d'une grose gorge circulaire creusée dans le pied de la pale et dans laquelle pénétrait une protubérance annulaire correspondante de la coquille métallique. Une autre solution proposée pour remédier à ce défaut du bois et utilisée actuellement consiste à enfermer le pied de la pale dans une douille métallique qui le ceinture étroitement et à retenir la pale dans le moyeu grace à plusieurs tirefonds qui sont vissés dans le bois dans le sens longitudinal de la pale. Cette solution qui paraît logique, puisqu'il s'agit de retenir la pale contre l'action d'un effort de traction longitudinal, n'est pas totalement satisfaisante. Le pied de la pale est affaibli par les trous des tirefonds; le bois résiste mal à l'arrachement des filets et sa contraction, quand elle se produit, tend à diminuer l'effet de retenue des tirefonds. L'invention a pour but principal d'apporter une hélice à plusieurs pales en bois, à un moyeu métallique, dans laquelle la fixation des pales se fait d'une manière offrant toute la résistance voulue à l'arrachement, cependant que toutes les variations de volume du bois par suite des variations d'humidité de l'air sont supprimées. Un but supplémentaire de l'invention est de parvenir à une hélice telle que définie ci-dessus dans laquelle le mode de fixation des pales au m oyeu métallique est favorable à la mise en place dans le moyeu d'un mécanisme de changement de pas de l'hélice pendant sa rotation. On atteint ces buts, selon l'invention, en utilisant des pales en ois dont le pied au moins a été stabilisé en volume par une imprégnation sous pression à l'aide d'une résine connue appropriée ; on réalise ensuite dans le pied imprégné de chaque pale au moins une et de préférence trois gorges circulaires espacées; on utilise un moyeu métallique composé de part et d'autre d'un plan de joint de deux moitiés s'assemblant à l'aide de boulons pour enserrer chaque pied de pale dans un logement dont la face intérieure présente une ou des nervures saillantes circulaires qui pénètrent respectivement chacune dans une gorge circulaire du pied de pale4 De préférence un trou est percé à travers le moyeu et le pied de pale perpendiculairement au plan de joint des deux moitiés et il contient un boulon de serrage, Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque gorge creusée dans le pied de chaque pale est définie par deux faces planes annulaires inclinées: celle de ces faces qui s'oppose à l'arrachement de la pale a une inclinaison par rapport à un plan transversal comprise entre Oo et 450; de préférence peu différente de 3004 L'autre face qui ne s'oppose pas à l'arrachement a une inclinaison de l'ordre de 600, On imprègne de résine le pied de la pale avant le taillage de celle-ci à partir d'un bois bien séché,on tourne ce bois pour mettre une extrémité à une grosseur un peu supérieure à la grosseur du pied en veillant à mettre les canaux du bois dans le sens longitudinal de la pale, on plonge le pied dans un récipient étanche rempli de résine fluide à la surface de laquelle on crée une pression de l'ordre de I à 2 bars. On utilise de préférence une résine araldite connue dans le commerce sous le nom de résine F qui s'emploie soit à chaud à 800C, soit à froid à 20 à 250C, Cette résine est relativement fluide aussitôt après sa préparation et elle se polymérise assez lentement pour monter dans le bois nar capillarité et sous l'effet de la pression, On constate que la résine s'élève dans la totalitédu pied et même au-delà, dans la partie inférieure profilée de la pale. Après l'impré- gnation, on met à la grosseur finale et on exécute les gorges circulaires dans le pied de la pale puis on taille celle-ci au profil exact voulu. On donnera maintenant, sans intention limiez tative, une description d'un exemple de réalisation d'une hélice conforme à l'invention. On se reportera au dessin annexé dans lequel - la fig, 1 est une vue d'un moyeu métallique pour hélice tripale représenté ouvert dans son plan de joint avec une pale dessinée partiellement pour montrer son pied logé dans le moyeu - la fig. 2 est un dessin schématique d'une installation servant à l'imprégnation en résine du pied de chaque pale de l'hélice de la figure 1, - la fig. 3 est une vue simplifiée montrant le montage dlune pale conformément à l'invention en vue de son association à un mécanisme de changement de pas, Une hélice conforme à l'invention comprend un moyeu 1, métallique, composé de deux moitiés qui s'assemblent ce part et d'autre d'un plan de joint.La figure 1 montre une moitié 2; le plan de cette figure est confondu-avec le plan de joint. La réunion solide des deux moitiés se fait à l'aide de plusieurs boulons qui sont introduits dans des trous de passage perpendiculaires au plan de joint. Chaque moitié est conformée en coquille et les deux moitiC-s tiennent entre elles les pieds des pales de l'hélice. Dans cet exemple, il s'agit d'une hélice tripale; les deux moitiés 2 du moyeu présente donc trois logements 4A, 4B, 4C à 1200 les uns des autres. Sur la figure 1 seul le logement 4A est représenté avec un pied de pale mis en place dans ce logement. La pale 6 est dessinée partiellement en dehors du moyeu 1. I1 s'agit d'une pale dont le pied a été stabilisé contre les variations dues aux variations d'humidité. Dans le pied 5 de la pale 6 sont prévues trois gorges circulaires 7, 8, 9 espacées en sens longitudinal. Le nombre exact de ces gorges n'est pas strictement imposé par l'invention. Mais il y a lieu de considérer qu'un nombre plus élevé de gorges 7, 8, 9 commencerait à affaiblir le pied de pale, ou nécessiterait une augmentation de sa longueur sans réelle utilité par ailleurs; inversement, un nombre plus faible de gorges (deux ou même une seule) réduirait la résistance de la pale à l'arrachement. Chaque gorge 7, 8, 9 est définie par deux faces planes annulaires inclinées qui ee rejoignent en donnant à la gorge un profil en V. On distingue une première face 7A ou 8A ou 9A, qui est disposée de façon à s'opposer à l'arrachement de la pale 6 hors du moyeu 1 sous l'effet d' une force F en sens longitudinal le long de l'axe géo métrique 1O de la pale 6, Catte face 7A ou 8A ou 9A fait avec un plain transversal perpendiculaire à l'axe géométrique 10 un angle a compris entre O et 450-, de préférence égal à 300 envi- ron comme dans l'exemple décrit ici, On distingue une seconde face 7B? 8B, 9B qui ne s'oppose pas à l'arrachement de la pale 6, Cette. seconde face fait avec le même plan transversal un angle b dont la valeur est de 600 environ. L'angle préféré de 30 a l'avantage d'opposer une forte résistance à l'arrachement et de permettre l'usinage des pieds de pale de manière automatique à l'aide d'un outil reproducteur; un angle plus faible de 30 à 00 donne une face qui s'oppose encore mieux à l'arrachement mais qui ne permet plus une bonne reproduction automatique. Chaque logement 4A, 4Bç 4C présente sur sa face intérieure trois nervures saillantes circulaires ll, 12, 13 qui ont une disposition et un profil prévus pour un bon assemblage avec les gorges 7, 8, 9 afin que chaque pied de pale soit bien enserré, sans jeu, entre les deux moitiés du moyeu. En outre, un trou 14 est percé à travers les deux moitiés du moyeu et à travers chaque pied de pale, sensiblement au milieu de chaque pied 5 perpendiculairement au plan de joint. Chaque trou 14 est traversé par un boulon 15, En plus des dispositions expliquées ci-dessus pour bien ancrer chaque pied 5 des pales 6 dans le moyeu 1, il est prévu selon l'invention de stabiliser les pieds 5 contre les variations doges au changement d'humidité, L'imprégnation est faite après tournage du pied 5 à une grosseur supérieure à sa dimension finale sans ébauche des gorges 7, 8, 9; elle est faite à l'aide de tout produit approprié. De préférence, selon l'invention, on utilise une résine araldite connue sous le nom de résine F qui existe sous deux formules, l'une s'employant à 800C, l'autre à 20 - 250 C. I1 est souhaitable que la résine soit bien fluide dès sa préparation pour qu'elle pénètre facilement dans le bois et qu'elle pénètre facilement dans le bois et qu'elie durcisse assez lentent pour qu'elle pénètre profondément dans le pied de la pale. La figure 2 illustre schématiquement une manière possible d'imprégner les pieds 5 des pales 6. On ébauche la forme cylindrique du pied 5 dans une pièce de bois en veillant à mettre les canaux du bois dans le sens longitudinal de la pale 61 On introduit le pied 5 dans le récipient 16 à travers un couvercle 17 muni d'un joint annulaire 18 qui s'applique autour du pied 5. On prépare de la résine dont on remplit le récipient 16 en laissant échapper l'air de celuici à l'aide d'un vase 19 surélevé et raccordé au au récipient 16 par un tube transparent 20 qui permet de vérifier la descente de résine pendant toute l'opération.On ferme le vase 19 avec un couvercle à travers lequel on crée sur la surface de la résine une pression d'air P de 1 à 2 bars, Tout autre agencement permettant d'introduire de la résine sous pression dans les pieds des pales pourrait entre utilisé. Avec l'installation que l'on vient de décrire, on constate que la résine imprègne bien la totalité du pied et monte même un peu dans la partie inférieure de la pale. Le taillage ultérieur de celle-ci et l'exécution des gorges permettent de vérifier que l'imprégnation s'est faite convenablement. On se reportera maintenant à la figure 3 pour décrire uniquement à titre d'exemple une variante de montage d'un pied de pale conformément à l'invention. Ce montage a pour seul but de faire ressortir un avantage supplémentaire de l'invention. Celle-ci favorise, en effet, l'association de toute pale en bois avec un mécanisme de changement de pas en vol. Au lieu de serrer le pied 5 directement entre les deux parties d'un moyeu 1, on interpose une coquille 21 en deux parties dont l'intérieur est pourvu de gorges 8 exactement comme décrit plus haut pour chaque logement 4A 4B, 4C. Les deux parties de la coquille 21 sont tenues serrées autour du pied 5 à leur extrémité avant par un collier 22 vissé sur un filetage conique sur la coquille 21; à l'extrémité arrière, éloignée de la partie profilée de la pale, la coquille est tenue fermée par une baque 23 également vissée sur un filetage conique* Cette bague 23 est pourvue d'une denture extérieure 24, Quand cet ensemble est enfermé dans un moyeu en deux parties qui contient le collier 22 et la bague 23 en les retenant contre les efforts d'arrachement mais en leur laissant une liberté de rotation autour de l'axe géométrique 20; ; on peut modifier en vol le pas de l'hélice en agissant sur la denture 24 par l'intermédiaire d'un moteur électrique par exemple, On notera que le profil dissymétrique décrit plus haut des gorges 8 à deux faces inclines est préférable mais non obligatoire, L'imprégnation du pied de chaque pale permet de prévoir des gorges ayant un autre profil, si on le juge souhaitable, par exemple des gorges à profil demi-circulaire auxquelles correspondent des bourrelets complémentaires sur la surface intérieure de chaque logement 4A1 4B 4C. REVENDICATIONS 1. Hélice ayant des pales (6) en bois eut un moyeu (1) métallique en deux parties assemblées contenant entre elles le pied (5) de chaque pale à l'intérieur d'un logement (4A), caractérisée en ce que le pied (5) de chaque pale (6) est imprégné d'une matière supprimant substan tiellement les variations de volume du bois dues aux variations d'humidité. 2. Hélice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de chaque pied (5) est creusée d'au moins une gorge circulaire (8) définie par deux faces planes annulaires inclinées se rejoignant en V, la face (8A) s'opposant à l'arrachement de la pale faisant un angle compris entre 0 et 450, de préférence 300 envirqn, avec un plan transversal perpendiculaire à l'axe géométrique (10) de la pale (6), tandis que la surface intérieure du logement (4A) présente une nervure circulaire saillante (12) s'ajustant dans la gorge (8). 3. Hélice selon la revendication 2, caractérisée es ce que le pied (5) de chaque pale (6) est creusé de trois gorges circulaires (7,8,9) espacées en sens longitudinal, chaque logement (4A,4B,4C) ayant trois nervures correspondantes (11, 12, 13). 4. Hélice selon la revendication 2, caractérisée en ce que la face (8B) de chaque gorge (8) ne s'opposant pas à l'arrachement fait un angle de 600 environ avec le plan transversal perpendiculaire à l'axe géométrique (10) de la pale. 5. Hélice selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un trou (14) est percé en travers des deux parties du moyeu (1) perpendiculairement au plan de joint de ces parties, au milieu de chaque pied (5) des pales (6) et un boulon de serrage (15) passe à travers chaque trou (14). 6. Hélice selon la revendication 1, caractérisée en ce que le pied (5) de chaque pale (6) est imprégné d'une résine araldite qui a été introduite sous pression dans les canaux du bois. 7, Hélice selon la revendication 2r caractérisée en ce que le logement de chaque pied (5) de chaaue pale (6? est ménagé dans une coquille (21) en deux parties ayant intérieurement au moins une neryure circulaire (12) correspondant à la gorge (8) ces deux parties etant réunies ensemble à leur extrémité avant par un collier (21) vissé et à leur extrémité arrière par une bague vissée (23) ayant une denture extérieure (24) chaque coquille (21) étant retenue entre les deux parties assemblées du moyeu (1) avec une possibilité de rotation autour de l'axe géométrique longitudinal (10) de la pale (6). 8. Hélice selon la revendicatiqn 1 caractérisée en ce que chaque pied (5) est creusé de trois gorges espacées à profil demi-circulaire chacune; chaque logement (4A, 4B. 4C) présentant sur sa surface intérieure trois bour- relets correspondants.