Brevet FR2532274A1 — publié le 19840302

Joint de sommier flexible composite La présente invention concerne dès sommiers flexibles composites pour rotors d'hélicoptères et, plus particulièrement, un sommier flexible composite à ailes dans lequel les ailes viennent s' enrouler con- tinuellement autour de raccords prévus à chaque extré- mité du sommier afin de former, avec l'âme de ce der- nier, des joints en bout enfermés faisant partie inté- grante de la structure de sommier. Un procédé couramment adopté pour obtenir une articulation sur des rotors d'hélicoptères apparte- nant à l'état de la technique consiste en un montage sans palier dans lequel les pales de rotor sont mon- tées sur des sommiers flexibles composites fixés rigi- dement à l'arbre du rotor Il existe un joint entre le sommier flexible et l'arbre, ainsi qu'entre le som- mier flexible et la pale Les sommiers flexibles sont conçus pour satisfaire à la rigidité de flexion requi- se avec une rigidité de torsion minimum et l'on pense qu'ils constituent le moyen de montage préféré pour les rotors de la génération future. Spécifiquement, les joints en bout de talons des sommiers flexibles composites sont fabriqués par accumulation des lamifiés de sommier dans la zone du joint à des sections à peu près pleines, puis en bou- lonnant au travers Ces types de joints sont ineffi- caces et difficiles à fabriquer pour de grands rotors en raison de la forte épaisseur de lamifié requise et ils donnent lieu à des structures à forte traînée, sans compter que le S nombreuses terminaisons de cou- ches posent des problèmes d'effort de cisaillement. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 111 605, on représente une structure de rotor à sommier comportant des colliers en C avec fixation des pales de rotor par boulons traversants aux extré- mités extérieures Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 434 372, on représente un système de rotor d'hélicoptère dans lequel on utilise un accou- plement lamifié avec des raccords en bout entre une pale de rotor et un moyeu Dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 4 104 003, on représente un système de rotor d'hélicoptère dans lequel on utilise un som- mier supportant deux pales opposées. Un objet de la présente invention est de four- nir, pour des rotors d'hélicoptères sans palier, une construction de sommier flexible composite d'une fabri- cation relativement aisée et qui constitue des joints efficaces pour les organes assemblés. Un autre objet de l'invention est de fournir, pour des rotors d'hélicoptères, un sommier flexible composite ayant une épaisseur minimum dans la zone du joint et ne nécessitant aucun assemblage de lamifiés exigeant du temps et dont l'inspection et la fabrica- tion sont difficiles. Un autre objet de l'invention est de fournir, pour des rotors d'hélicoptères, un sommier flexible composite dans lequel on utilise des enroulements con- tinus en vue de minimiser le problème que posent les terminaisons de couches. Un autre objet encore de l'invention est de fournir, pour un sommier flexible composite, une fixa- tion par boulons qui permet de transférer les charges au moyen d'un raccord enfermé sans devoir établir un parcours direct pour les charges structurales entre les boulons et le sommier flexible composite. Les objets, caractéristiques et avantages pré- cités, ainsi que d'autres apparaîtront à la lecture de la spécification et des revendications ci-après, en se référant aux dessins annexés qui illustrent une forme de réalisation de l'invention; dans ces dessins: la figure i est une vue en coupe partielle d'un moyeu de rotor d'hélicoptère, illustrant des rac- cordements à des sommiers flexibles suivant la présen- te invention; la figure 2 est une coupe partielle agrandie d'une extrémité d'un sommier flexible; la figure 3 est une coupe transversale d'une extrémité d'un sommier flexible qui est enroulée en arceau; la figure 4 est un diagramme du parcours de transfert de charges pour une charge axiale (centri- fuge); la figure 5 est un diagramme du parcours de transfert de charges pour une charge constituée-d'un moment dirigé dans le sens du battement (en dehors du plan); la figure 6 est un diagramme du parcours de transfert de charges-pour une charge de cisaillement dirigée dans le sens du battement; et la figure 7 est un diagramme du parcours de transfert de charges pour une charge de cisaillement dirigée dans le sens de la corde (dans le plan) lors de l'utilisation d'un enroulement en arceau avec la structure de sommier flexible. En figure 1, on représente un arbre de rotor d'hélicoptère 10 qui est solidarisé à et entraîne un moyeu 12 auquel sont fixées des paires de sommiers flexibles à un écartement de 90 , deux de ces som- miers flexibles étant illustrés en 14 et 16 Une pale de rotor pourrait être assujettie à l'extrémité exté- rieure de chaque paire de sommiers flexibles, mais cette caractéristique n'est pas représentée Chaque sommier flexible est fixé à une manchette 18 du moyeu au moyen de boulons traversants 20. La figure 2 illustre les détails d'un des sommiers flexibles, en l'occurrence, le sommier flexi- ble 16 Chaque sommier flexible a essentiellement une section en C et il est constitué d'une âme, d'une aile supérieure, d'une aile inférieure, ainsi que d'un rac- cord prévu à chaque extrémité et qui est enfermé à l'intérieur des ailes supérieure et inférieure et de l'âme L'âme 22 est une structure composite constituée de couches à O et + 450 et qui supporte les charges -de cisaillement L'aile supérieure 24 et l'aile infé- rieure 26 qui supportent les charges primaires, sont réalisées avec des couches à angle essentiellement ré- duit dans-le sens de leur longueur, leurs extrémités étant réunies en 28 avec un enroulement continu formant un arc ou une section courbe Un raccord 30 spécifique- ment métallique constitué fondamentalement d'un bloc rectangulaire ayant une extrémité arrondie, est entouré, sur ses surfaces supérieure et inférieure et son extré- mité arrondie, par l'enroulement continu des ailes supé- rieure et inférieure et, sur une surface latérale, par l'âme 22 Un autre raccord 32 est disposé de la même manière à l'autre extrémité du sommier flexible L'âme, les ailes et les raccords sont soudés ensemble en un organe unitaire afin d'agir à la manière d'une structu- re complète Des trous 34 sont pratiqués dans chaque extrémité du sommier flexible pour recevoir des boulons de fixation 20. Etant donné que les couches à faible angle- prévues aux extrémités du sommier flexible s'étendent de manière continue autour des raccords, un degré de continuité et de redondance est assuré dans les zones de fixation en bout De même, en raison de l'absence de terminaisons de couches, les contraintes de cisail- lement associées à ces dernières sont éliminées Les couches prévues dans l'âme sont taillées en cône à cha- que extrémité du sommier flexible le long du côté du raccord en bout, de façon à exercer un effort de ci- saillement progressif à travers ce dernier. Afin de contenir plus positivement le raccord à l'intérieur du sommier flexible, en particulier, à l'encontre des charges plus importantes s'exerçant dans le plan dans l'une ou l'autre direction, un mince en-. roulement en arceau peut être formé autour du raccord au terme du processus de fabrication comme indiqué en 36 en figure 3 Dans cette forme de réalisation, le raccord 38 a la forme d'un dôme afin de présenter un périmètre plus régulier pour l'enroulement en arceau. Dans certains cas, il peut également être souhaitable d'enrouler les couches de l'âme autour d'une extrémité 28 du sommier-flexible 16, ces couches étant entremê- lées avec les couches des-ailes Cette intégration des couches autour du raccord assure une meilleure ré- partition des charges. Bien que le sommier flexible ait été décrit et illustré sous forme d'un organe à section essentiel- lement en C, on pourrait envisager de-disposer deux sommiers flexibles âme-contre-âme en vue de constituer une section en I, les couches des âmes et des ailes étant entremêlées à un certain degré pour former une structure unitaire Par exemple, les sommiers flexi- bles 14 et 16 pourraient être rapprochés pour -suppri- mer l'écartement illustré, les couches d'enroulement étant entremêlées pour former un organe unitaire. La construction du sommier flexible est étu- diée pour permettre le transfert des moments de flexion, des forces axiales et des charges de cisaillement sans devoir établir un parcours direct pour les charges structurales entre le sommier flexible composite et les boulons de serrage La charge exercée sur le som- mier flexible est essentiellement un effort de compres- sion, ce qui constitue un avantage majeur du joint, 25322 ? 4 étant donné que des structures composites possèdent une résistance à la compression relativement bonne. Spécifiquement, dans les joints, on recourt au cisail- lement comme réaction de charge principale, ce qui est inefficace dans les matériaux composites. Les charges exercées sur le sommier flexible composite d'un rotor sans palier sont une charge axiale- (centrifuge), une flexion dans le plan, une flexion en dehors du plan et un cisaillement plus une charge de torsion En ce qui concerne une charge axiale (centri- fuge) exercée sur l'extrémité d'un sommier flexible côté moyeu de rotor, comme illustré en figure 4, la charge A du sommier flexible pourrait entraîner une réaction, comme indiqué en B, dans l'extrémité arrondie du raccord 30, la charge de ce dernier pourrait entraî- ner une réaction, comme indiqué en C, dans le ou les boulons 20, tandis que la charge de ce ou ces boulons pourrait entraîner une réaction, comme indiqué en D, dans la manchette de moyeu 18 Dès lors, il n'existe aucune réaction directe entre la structure composite du sommier flexible et le boulon De la même manière, une charge de mouvement dans le sens du battement, une charge de cisaillement dans le sens du battement (sustentation) et une charge dans le sens de la corde (dans le plan) agissent sans entraîner aucune réaction directe entre le sommier flexible et le boulon comme le montrent les figures 5, 6 et 7. Les figures 5 et 6 illustrent le transfert des charges du sommier flexible composite A au raccord B dans les boulons C, ainsi que la réaction D qui en ré- sulte dans la manchette de moyeu, à la fois pour un mo- ment dirigé dans le sens du battement et une charge de cisaillement dirigée dans le sens du battement (susten- tation) Dans le cas d'une charge de cisaillement di- rigée dans le sens du battement, le transfert s'effec- tue essentiellement dans la manchette supérieure avec un certain cisaillement à travers l'âme du som- mier flexible La figure 7 illustre la réaction d'une charge de cisaillement dirigée dans le sens de la cor- S de avec un raccord à enroulement-en arceau et une pai- re de sommiers flexibles 14 et 16 Lorsque la charge de cisaillement est appliquée vers la droite, le som- mier flexible de droite 16 transfère la charge par un appui direct B sur le raccord 30, lequel transfère à son tour la charge C aux boulons 20, cette charge en- traînant une réaction D dans les manchettes de moyeu. Dans le sommier flexible de gauche 14, la charge A exercée par ce dernier est transférée, comme indiqué en E, dans l'enroulement en arceau 40 et, via l'enrou- lement en arceau, dans le raccord 42, comme indiqué en F, la charge entraînant ensuite une réaction dans les boulons 20, comme indiqué en C et, finalement, dans les manchettes de moyeu, comme indiqué en D. Il est entendu que l'invention n'est pas limi- tée à la forme de réalisation particulière illustrée et décrite ici, diverses modifications pouvant y être apportées sans se départir de l'esprit ou du cadre du présent concept tel qu'il est défini par les revendica- tions ci-après. -8 - Revendications: 1 Structure de sommier flexible pour utilisation dans un rotor d'hélicoptère pour attacher les pales du rotor au moyeu du rotor, caractérisée en ce que le sommier flexible ( 14,16) comporte une âme ( 22 >, ainsi que des ailes supérieure et inférieure ( 24,26), les ailes supérieure et inférieure d'au moins une extrémité du sommier flexible étant reliées par une section en arc ( 28), un raccord ( 30,38,42) prévuà l'extrémité précitée et enfermé à l'intérieur de l'âme, des ailes supérieure et inférieure et de la section en arc, ainsi qu'au moins un trou de fixation ( 34) s'étendant à travers les ailes et le raccord. -15 2 Structure de sommier flexible suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le sommier flexible ( 14,16) a généralement une section en C. 3 Structure de sommier flexible suivant la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le raccord ( 30,38,42) est métallique. 4 Structure de sommier flexible suivant la revendi- cation 1, caractérisée en ce que les deux extrémités du sommier flexible ( 14,16) sont reliées par des sections en arc ( 28) et comportent des raccords ( 30,32,38,42) qui y sont enfermés. -Structure de sommier flexible suivant la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le sommier flexible est réalisé en un matériau composite, son âme ( 22) étant constituée de couches multidirectionnelles,-et ses ailes supérieure et inférieure ( 24, 26) étant constituées de couches à angle essentiellement réduit. 6 Structure de sommier flexible suivant la reven- dication 5, caractérisée en ce'que le raccord ( 30,38,42) comporte des surfaces supérieure et inférieure, ainsi qu'une extrémité arrondie qui est enfermée par les couches continues à angle réduit des ailes ( 24,26) du sommier flexible. 7 Structure de sommier flexible suivant la revendica-