Brevet FR2499017A1 — publié le 19820806

l 2499017 La présente invention concerne un moyeu pour rotor d'hélicoptère apte à supporter plusieurs pales pouvant être reliées au moyeu par des accouplements élastomères associés. Dans un rotor d'hélicoptère, on sait utiliser un moyeu constitué par une plaque plane ayant en vue en plan la forme d'un polygone régulier dont le nombre de côtés, normalement égal à quatre, correspond au nombre de pales à supporter. Ladite plaque plane est normalement constituée par une seule feuille de métal ou d'une matière synthétique stratrifiée qui comporte, près de chacun de ses coins, un trou traversant fermé à l'extérieur par un bras ou pontet périphérique. Chaque pale est normalement pourvue d'un support de fixation qui est engagé dans un trou traversant correspondant de ladite plaque et est supporté par le pontet associé avec interposition d'une cale élastique, normalement de forme tronconique, dont l'axe est situé dans le plan de ladite plaque et est dirigé vers l'axe de rotation du rotor. D'après ce qui précède, on voit que toutes les forces transmises du moyeu à chaque pale et toutes celles appliquées par les pales au moyeu passent par lesdits bras ou pontets périphériques, dont les points de raccordement avec les autres parties du moyeu constituent effectivement les points du moyeu soumis aux plus grands efforts. En parti- culier, la concentration de forces qui se produit aux extrémités desditspontets est normalement telle qu'il faut prévoir des épaisseurs relativement grandes de matière pour absorber ces forces. Un premier inconvénient des moyeux connus décrits ci-dessus réside dans le fait que la résistance mécanique du matériau utilisé est, en général, tout juste suffisante aux points de concentration maximale de forces et obligatoirement supérieure à la valeur requise aux autres points. I1 en résulte évidemment une réduction de la "charge utile" pour un appareil de puissance donnée. Un autre inconvénient des moyeux connus décrits plus hauts réside en ce que la structure quasi-monolithique des moyeux favorise la propagation de fissures éventuelles. 2 2499017 La présente invention a pour but de proposer un moyeu dont la structure soit de nature à transmettre les forces qui lui sont appliquées suivant des lignes de propaga- tion prédéterminées de manière à réduire au minimum, pour une même résistance mécanique, les sections des composants, et par conséquent leur poids, et à conjurer le risque de voir des fêlures se propager dans toute la structure au point de la détruire. Pour atteindre ce but, l'invention propose un moyeu composite, pour rotor d'hélicoptère, formé d'une plaque plane traversée par une série d'ouvertures périphériques uniformément réparties autour de l'axe central de rotation du rotor, chacune de ces ouvertures étant apte à recevoir un accouplement flexible de liaison avec une pale associée, caractérisé en ce que ladite plaque présente une structure stratifiée comportant un élément répartiteur d'efforts qui constitue une couche médiane plate de ladite structure; un ensemble d'éléments radiaux folliculaires disposés de part et d'autre dudit élément répartiteur et s'étendant dans des plans perpendiculaires audit axe de rotation, à partir duquel ils rayonnent vers l'extérieur; un élément annulaire follicu- laire disposé de chaque côté dudit élément répartiteur et entrant en contact avec les extrémités libres desdits éléments radiaux dans un plan perpendiculaire audit axe de rotation et un ensemble d'élémentsaxiaux folliculaires s'étendant chacun parallèlement audit axe de rotation et en contact avec ledit élément répartiteur en étant associés auxdits éléments radiaux. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description que l'on va maintenant donner d'un mode de réalisation à l'invention, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective d'un moyeu réalisé selon l'invention; - La figure 2 est une vue en perspective éclatée du même moyeu; 3 24990 17 La figure 3 est une vue en perspective éclatée d'un premier sous-ensemble du moyeu selon les figures 1 et 2 et La figure 4 est une vue en perspective éclatée d'un second sous-ensemble du moyeu selon les figures 1 et 2. La figure 1 représente à titre d'exemple un moyeu de rotor d'hélicoptère constitué par une plaque plane 1 ayant en plan la forme d'un carré à coins tronqués. La plaque 1 est traverséeprès de chaque coin par une ouverture 2 apte à rece- voir un bloc élastique, non représenté, connu en soi et constituant un accouplement flexible pour le raccordement d'une pale associée, non représentée, à la plaque 1. Les ouvertures 2 sont uniformément réparties autour d'un axe central de rotation de la plaque 1 et délimitent dans celle-ci un corps central 3 traversé par un trou central 4 coaxial audit axe de rotation et dans lequel peut s'engager un arbre menant non représenté. Les ouvertures 2 délimitent en outre dans la plaque 1 quatre bras radiaux 5 partant radialement vers l'extérieur du corps central 3, et un cadre extérieur 6 comportant quatre pontets 7 reliant chacun les extrémités de deux bras radiaux 5 adjacents associés pour fermer le côté extérieur d'une ouverture 2 associée. Comme représenté sur la figure 4, la plaque 1 comporte un élément médian en feuille 8 constitué par une couche de résine armée de fibres. L'élément 8 a, en vue en plan, sensiblement la même forme que la plaque 1 et comporte quatre trous traversants 9 qui coincident avec les trous 2 et délimitent dans l'élément 8 quatre bras radiaux 10. Ces bras sont réunis les uns aux autres, à leurs extrémités radialement intérieures, par un corps central 11 présentant un trou traversant central 12 qui constitue le tronçon médian du trou 4 et, à leurs extrémités radialement extérieures, par un cadre périphérique 13, sensiblement carré et duquel font saillie vers l'extérieur quatre oreilles 14 traversées chacune par un trou 15. Une rangée circulaire de trous traversants 16 entoure le trou central 12. Les fibres, non représentées, noyées dans la 4 2499017 résine constituant l'élément 8 sont de préférence orientées suivant deux axes orthogonaux dont chacun est pratiquement parallèle à deux côtés opposés du cadre 13. Contre les faces opposées de l'élément 8 sont disposés deux ensembles d'éléments radiaux ou rayons, ceux de l'ensemble supérieur étant indiqués en 17 et ceux de l'ensemble inférieur, en 18. Chacun des rayons 17, 18 est formé d'une plaque en résine armée de fibres, non représentées, de préférence disposées suivant deux directions orthogonales dont l'une est parallèle à l'axe du rayon associé, lequel est limité à ne extrémité par une surface incurvée 19 délimitant, avec les surfaces 19 des autres rayons, un trou circulaire 20 (figure 3) qui constitue une partie du trou 4 et est situé au centre d'un corps central à partir duquel les rayons s'étendent radialement vers l'extérieur. Chaque rayon 17, 18 est traversé par une série de trous 21 qui sont alignés avec les trous traversants correspondants 16 de l'élément 8. Comme représenté sur la figure 3, l'élément 8 et les rayons 17 et 18 constituent un sous-ensemble 22 de la plaque 1, qui est complété par l'adjonction d'un élément annulaire supérieur 23, d'un élément annulaire inférieur 24 et de quatre éléments axiaux 25 pour former un sous-ensemble plus complet indiqué en 26 sur la figure 2. Les éléments annulaires 23 et 24 sont constitués chacun par une bande de résine armée de fibres, non représen- tées, de préférence unidirectionnelles et parallèles à l'axe longitudinal de la bande. Chaque élément annulaire 23 et 24 est placé contre l'une des faces opposées du cadre 13 de manière à couvrir celles-ci au moins sur une zone périphérique comportant les oreilles 14. Le long de leur périphérie inté- rieure, les éléments annulaires 23 et 24 sont en contact respectivement avec les extrémités extérieures des rayons 17 et 18. Chaque élément axial 25 est constitué par un collier coudé en forme de C et réalisé à partir d'un ruban de résine armée de fibres, non représentées, orientées de 2499017 de préférence suivant deux directions orthogonales inclinées à 450 environ par rapport à l'axe de rotation de la plaque 1. Chaque élément axial 25 est inséré dans un trou 9 respec- tif de l'élément 8 et est en contact avec ce dernier et avec les bords latéraux des rayons 17 et 18 qui entourent ce trou 9 de manière à délimiter les parties du bord de l'ouverture 2 (figure 1) associée qui font face au pontet 7 respectif (figure 1). Comme illustré par la figure 2, on obtient la plaque 1 représentée sur la figure 1 à partir du sous-ensemble 26 (figure 2) par adjonction à celuici d'une part d'un couvercle supérieur 27 muni de demi-colliers 28 qui pénètrent axialement dans les ouvertures 2 et entrent en contact avec les éléments axiaux ou colliers 25 associés, et d'autre part d'un couvercle inférieur 29 muni de colliers 30 axialement insérés dans les ouvertures 2 et en contact avec les colliers afin de coopérer avec les demi-colliers 28 pour les recouvrir. Le sous-ensemble 26 est en outre associé à quatre couvercles latéraux 31, recouvrant chacun une oreille 14 respective et la partie adjacente du cadre 13 et dépassant des éléments annulaires 23 et 24, et à quatre pattes métalli- ques 32 coudées en U, à concavités dirigées vers l'extérieur- et qui chevauchent les éléments annulaires 23 et 24 en étant, chacune placée en regard d'une ouverture 2 respective pour constituer un pontet 7 respectif (figure 1). Les couvercles 27 et 29 ont en vue en plan la forme de l'ensemble constitué respectivement par les rayons 14 et par les rayons 18, et chacun d'eux comporte un trou central 33 coaxial aux trous 20. Chaque trou 33 constitue une partie extérieure du trou 4 (figure 1) et est entouré par une rangée annulaire de trous 34 coaxiaux aux trous respectifs 21 des rayons 17 et 18. Les couvercles 27 et 29 sont de préférence formés de tissu lié par de la résine et dont l'épaisseur est plus faible que celle des autres couches constitutives de la plaque 1. Chaque couvercle latéral 31 est composé de deux 6 2499017 demi-couvercles supérieur 35 et inférieur 36 recouvrant chacun une partie de l'élément annulaire 23 associé et comportant un rebord 37 en contact avec le cadre 13. Chaque rebord 37 comporte une oreille 38 percée d'un trou 39 coaxial à un trou 15 respectif et coopérant avec ce dernier et avec le trou 39 de l'autre rebord 37 pour recevoir une coupelle métallique constituant le siège de la partie sphérique, non visible, d'un joint à rotule, non représenté, destiné à relier la plaque 1 à un amortisseur, non représenté, inter- posé entre la plaque 1 et chacune des pales, non représentées, qui lui sont reliées. Contre les couvercles 27 et 29 sont disposées deux plaques de fixation circulaires 41 et 42 comportant chacune un trou axial 43 coaxial au trou 4 (figure 1) et entouré par une rangée annulaire de trous 44 coaxiaux aux trous 21. Chaque trou 44 de la plaque 41 est relié au trou 44 correspondant de la plaque 42 par une douille métallique (figure 1) qui traverse un premier trou 34 ménagé dans le couvercle 27, un premier trou 21 ménagé dans un rayon 17, un trou 16, un second trou 21 ménagé dans un rayon 18 et un second trou 34 ménagé dans le couvercle 29. Il va sans dire que tous les éléments constitutifs de la plaque 1 qui sont réalisés en résine peuvent être réunis par polymérisation de façon à rendre la structure monolithique. Un examen de la plaque 1 montre que tous ses éléments constitutifs sont conçus de manière à résister de façon optimale à un type donné d'effort et sont réunis sous forme d'un ensemble capable d'absorber tous les efforts appliqués à la plaque 1 de manière à supprimer le risque de voir se manifester en divers points de celle-ci des concentrations d'efforts dangereuses. En particulier, la plaque 1 est normalement soumise à un couple de traînée et à un couple moteur, à des forces de sustentation et à des forces centrifuges radiales. Ces moments et ces forces, ou tout au moins les forces centrifu- - ges radiales directement appliquées par les pattes coudées 32 aux éléments annulaires 23 et 24, sont transmis à l'élé- 7 2 4 99 0 1 7 ment central 8 qui sert de répartiteur d'efforts. Une première partie de ces efforts, notamment ceux dûs aux couples moteur et de traînée agissant dans le plan de la plaque 1, sont absorbés par les rayons 17 et 18, de même que les efforts dûs soit aux moments de cisaillement engendrés parallèlement à l'axe de rotation, soit à sustentation. Une seconde partie de ces efforts, notamment les efforts de cisaillement s'exerçant parallèlement à l'axe de rotation, sont absorbés par les éléments axiaux 25 et transmis aux couvercles 27 et 29 par l'intermédiaire des colliers 28 et 30. Les couvercles 27 et 29, étant relativement fragiles ont tendance à se briser avant les autres éléments constitu- tifs de la plaque 1 et servent à signaler de manière visible un éventuel état de détérioration de la plaque 1. Enfin, comme précédemment indiqué, une autre partie des efforts dûs aux forces centrifuges radiales est directe- ment absorbée par les rubans à fibres unidirectionnelles constituant les éléments annulaires 23 et 24. 8 2499017 REVENDICATIONS 1. Moyeu composite, pour rotor d'hélicoptère, formé d'une plaque plane (1) traversée par une série d'ouver- tures (2) uniformément réparties sur son pourtour autour d'un axe central de rotation dudit rotor, chacune de ces ouvertures (2) étant apte à recevoir un accouplement flexible de liaison avec une pale associée, caractérisé en ce que ladite plaque (1) présente une structure stratifiée comportant un élément répartiteur d'efforts (8) qui constitue une couche médiane plate de ladite structure; un ensemble d'éléments radiaux folliculaires (17, 18) disposés de part et d'autre dudit élément répartiteur (8) et s'étendant dans des plans perpendiculaires audit axe de rotation à partir duquel ils rayonnent vers l'extérieur; un élément annulaire folliculaire (23, 24) disposé de chaque côté dudit élément répartiteur (8) et entrant en contact avec-les extrémités libres de la série associée desdits éléments radiaux (17,18) dans un plan perpen- diculaire audit axe de rotation; et un ensemble d'éléments axiaux folliculaires (23) s'étendant chacun parallèlement audit axe de rotation et en contact avec ledit élément répartiteur (8) en étant associés auxdits éléments radiaux (17, 18). 2. Moyeu selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément répartiteur (8) a en vue en plan essentiel- lement la même forme que ladite plaque (1). 3. Moyeu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque ensemble desdits éléments radiaux (17, 18) définit un corps central, sensiblement coaxial audit axe de rotation, et plusieurs rayons partant radialement de ce corps central vers le pourtour extérieur de l'élément annulaire associé (23, 24). 4. Moyeu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments axiaux folliculaires (25) sont constitués chacun par un collier essentiellement en forme de C et de façon que sa concavité soit dirigée vers l'extérieur; chacun desdits colliers couvrant une partie de la surface d'une desdites ouvertures (2) 9 2499017 qui lui est associée. 5. Moyeu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit élément répartiteur (8) présente une série de saillies radiales (14) pourvues chacune d'un siège (40) pour un joint à rotule. 6. Moyeu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens détecteurs de rupture (27, 29) accouplés auxdits éléments axiaux. 7. Moyeu selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens détecteurs d'effort excessif compor- tent deux demi-couvercles (27, 29) disposés de part et d'autre dudit élément répartiteur (8) à l'extérieur desdits éléments radiaux (17, 18) et en regard l'une de l'autre; chaque demi-couvercle (27, 29) étant constitué par une couche textile relativement mince disposée en contact avec l'ensemble associé d'éléments radiaux (17, 18) et comportant plusieurs segments de paroi latérale (28, 30) placés chacun en contact avec une partie d'une surface latérale concave d'un élément axial associé (25).