Brevet FR2537087A1 — publié le 19840608

? HELICOPTERE COMPOUND ET SON GROUPE MOTEUR La présente invention a trait aux hélicoptères compound et à leurs groupes moteurs Le terme hélicoptère compound est utilisé pour indiquer un hélicoptère comportant des ailes en plus du rotor d'un hélicoptère normal. La notion d'hélicoptère compound n'est pas nouvelle et plu- sieurs approches différentes ont été effectuées pour leur conception. Il a par exemple été proposé d'utiliser des moteurs distincts pour fournir la puissance pour entraîner le rotor et pour produire la propul- sion horizontale Cette approche présente l'inconvénient que, pendant le mode de marche croisière, le moteur actionnant le rotor est mis au ralenti, voire même coupé et qu'il devient alors un poids mort et que les moteurs de croisière ne contribuent pas à l'élévation lors du décollage. Une autre approche a donc été de faire remplir par le même moteur ou moteurs les tâches de faire tourner le rotor et de fournir la poussée propulsive avant Ce qui entraîne le problème du passage d'une fonction à l'autre, et plusieurs propositions différentes ont été faites à cet effet, dont aucune n'a encore donné satisfaction. Différents exemples d'hélicoptères compound et groupes mo- teurs sont montrés dans les brevets UK N O 1 024 969, 1 108 454 et 1 120 658 Ces brevets montrent des hélicoptères à deux moteurs et différentes méthodes permettant de commuter les deux moteurs de leur fonction dans laquelle ils font tourner le rotor ou les rotors de l'hélicoptère à celle dans laquelle ils fournissent une poussée hori- zontale Dans toutes ces propositions, les moteurs sont utilisés pour fournir la force ascensionnelle ou la poussée avant, et cette disposition présente l'inconvénient que la permutation du moteur d'un mode de fonctionnement à un autre est lente. Un dispositif qui ne souffre pas de cet inconvénient est montré dans le brevet UK N O 980 608 Dans ce dispositif, il est prévu une soufflante à pas variable, et la soufflante ainsi que le rotor de l'héli- coptère sont tous les deux actionnés en permanence par commande de la turbine basse pression du moteur La quantité de puissance allant au rotor d'hélicoptère est modifiée par le changement de pas des ailettes de la soufflante de façon à augmenter ou diminuer la puissance nécessaire pour entraîner la soufflante. Cependant, dans ce dispositif, de même que dans les autres dispositifs cités ci-dessus, le moteur est conçu spécifiquement pour une utilisation comme groupe moteur d'hélicoptère compound. En outre, la soufflante à pas variable a un diamètre relati- vement grand, ce qui limite le type d'appareil sur lequel elle peut être utilisée. La présente invention a pour objet un groupe moteur pour hélicoptère compound, consistant en un moteur standard adapté de façon à fournir la puissance pour l'élévation verticale et la propulsion horizontale avec un minimum de modifications. Selon la présente invention, l'hélicoptère compound comprend un groupe moteur à turbine à gaz comportant un gazogène central, une turbine motrice entrainée par l'échappement du gazogène central et raccordée de façon à faire tourner le rotor de l'hélicoptère, et une tuyère de propulsion de sortie à section variable' en aval de la turbine motrice qui reçoit l'échappement provenant de la turbine mo- trice et contrôle la puissance fournie au rotor de l'hélicoptère. Avec ces moyens la tuyère à section variable peut être utilisée pour contrôler à la fois la puissance fournie par la turbine motrice, pour produire l'élévation à partir du rotor de l'hélicoptère, et la poussée propulsive générée par le moteur pour la propulsion en avant La tuyère de sortie à section variable constitue une modification relativement simple à réaliser sur un moteur standard, pour fournir la variation de puissance entre l'élévation et la propulsion en avant, (en addition à l'arbre de commande et à la boî te de vitesse pour l'entraînement du rotor de l'hélicoptère qui sont essentiels dans tous les groupes moteurs d'hélicoptère). Cette proposition permet également d'éviter les problèmes des propositions antérieures, citées ci-avant, du fait que le rotor de l'hélicoptère est actionné en permanence, alors que le partage de la puissance provenant du groupe moteur entre l'élévation et la propul- sion avant est réglable sur un large éventail de valeurs. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution de l'hélicoptère compound selon l'invention: Figure 1 montre la partie supérieure d'un hélicoptère com- pound selon l'invention, à deux moteurs, avec son rotor, son aile aug- mentatrice et ses groupes moteurs à turbine à gaz Figure 2 est une vue selon la flèche A de figure 1. En se référant maintenant au dessin, il est montré un héli- coptère compound ( 10) comprenant des ailes ( 12), une sur chaque côté, et un rotor d'hélicoptère ( 14) Deux groupes moteurs à turbine à gaz sont prévus, chacun comportant un compresseur basse pression ( 18), un gazogène central ( 20) qui entraîne le compresseur basse pression, une turbine motrice ( 22) qui est entraînée par l'échappement provenant du moteur central et une tuyère finale à section variable ( 24). L'agencement des parties de chaque groupe moteur s'effectue comme suit: au moins une partie du flux d'air comprimé par chaque moteur central est transférée aux ailes ( 12) par le biais du conduit ( 26), et les ailes sont munies de volets augmentateurs ( 28) sur leurs bords postérieurs L'aile augmentatrice est connue en soi et son fonc- tionnement n'est pas décrit ici en détail Il est suffisant de dire que l'air provenant du conduit ( 26) passe dans l'atmosphère à travers les volets ( 28) et provoque le passage de l'air, s'écoulant sur les ailes de l'appareil, entre les volets et le fait adhérer au volet supérieur pour augmenter l'effort sustentateur de l'aile Les volets ( 28) peuvent également pivoter entre la position montrée en traits pleins, qui procure une poussée additionnelle dirigée vers le bas afin d'ajouter à la force ascensionnelle produite par le rotor ( 14), et la position montrée en pointillés qui procure une poussée avant L'air comprimé par les deux moteurs est fourni sur les côtés opposés d'un diaphragme ( 27) qui divise longitudinalement le conduit ( 26) Ainsi les deux moteurs fournis- sent de l'air aux volets ( 28) tout le long de l'aile et,, une panne d'un moteur n'affectera pas l'écoulement provenant de l'autre Le gazogène central ( 20) produit la puissance pour entraîner le compresseur ( 18) et l'échappement du gazogène traverse la turbine motrice ( 22) Un arbre ( 30) et une boîte de vitesse ( 32) relient les deux turbines motrices ( 22) au rotor d'hélicoptère ( 14) pour entraîner le rotor L'échappement de chaque turbine motrice passe dans l'atmosphère par la tuyère de sortie à section variable, qui, dans cet exemple, est montrée dirigée vers l'arrière en permanence mais qui pourrait, si on le désire, être orientable de façon à diriger les gaz d'échappement vers le bas, pour augmenter la force ascensionnelle, ou latéralement pour le contrôle de position. L'hélicoptère compound fonctionne de la façon suivante Pour le décollage, on fait fonctionner chaque turbine à gaz des groupes moteurs à puissance maximale avec la tuyère de sortie à section varia- ble dans sa position de section maximale Ceci fournit la plus grande chute de pression dans la turbine motrice et par conséquent un entraî- nement maximum du rotor ( 14) qui produit la plus grande partie de la force ascensionnelle, et une poussée propulsive minimale de la tuyère de sortie Une élévation supplémentaire est fournie par l'air comprimé provenant du compresseur basse pression et passant par les volets augmentateurs ( 28) que l'on fait pivoter pour diriger l'air vers le bas. Ainsi l'hélicoptère peut décoller verticalement avec seulement une partie très mineure de l'énergie restant dans les gaz d'échappement ne créant pratiquement pas de poussée avant des tuyères de sortie à section variable ( 24) Plus précisément, si les tuyères de sortie ( 24) à section variable sont formées de façon à être orientables de façon à diriger le gaz d'échappement vers le bas, toute l'énergie restante pourrait être dirigée de façon à fournir encore une force ascensionnelle supplémentaire. Une fois en sustentation dans l'air, si un rotor d'hélicoptère à basculement normal est utilisé, le vol en avant peut être commencé de façon normale Selon une autre possibilité, la section des tuyères de sortie peut être ajustée de façon à produire une certaine poussée avant, ce qui procurera une certaine vitesse en avant de sorte que les ailes commenceront progressivement à produire une force de susten- tation Ce processus peut être accéléré en pivotant progressivement les volets augmentateurs ( 28) vers la position horizontale, ce qui produit une poussée avant augmentant progressivement Lorsque les ailes ont commencé à contribuer à l'effort sustentateur nécessaire pour garder l'hélicoptère en l'air, les tuyères de sortie à section variable ( 24) sont fermées pour décharger la turbine motrice ( 22), de façon à réduire la puissance fournie au rotor ( 14) de l'hélicoptère et à augmenter encore plus la poussée avant sur l'hélicoptère. La réduction de puissance fournie au rotor de l'hélicoptère et le ralentissement de celui-ci en résultant, est telle que des vitesses avant relativement élevées de l'ordre de 400 km/h ( 250 mph) puissent être atteintes sans que le nombre de mach de basculement des pales rotatives du rotor avançant ne devienne excessif. L'aile augmentatrice comme faisant partie de la combinaison présente les avantages d'avoir un coefficeient de sustentation élevé et de produire une faible traînée à vitesse moyenne Elle permet égale- ment de minimiser la section plane de l'aile, ce qui réduit l'effet de déflection de l'air vers le bas par le rotor sur l'effort sustentateur de l'aile. Un autre avantage d'un hélicoptère compound tel que décrit ci-dessus est que le simple choix d'une section de tuyère appropriée, une poussée avant suffisante peut être produite sans perte significative de la force ascensionnelle du rotor pour permettre à l'hélicoptère de réaliser un décollage court s'il est surchargé, en roulant en avant sur le sol jusqu'à ce que l'effort sustentateur de l'aile soit suffisant pour fournir l'élévation Ceci peut augmenter de façon significative le rayon d'action de l'hélicoptère en augmentant la quantité de carbu- rant transportée au décollage. Afin d'éviter tout doute, le terme compresseur basse pression utilisé dans toute cette description doit être compris comme compre- nant l'autre terme largement utilisé soufflante. 253708-7 REVENDICATIONS - 1 Hélicoptère compound caractérisé en ce qu'il comprend au moins une aile ( 12) munie d'un ou plusieurs dispositifs ( 28) d'augmen- tation de l'effort sustentateur pour produire un effort sustentateur en plus de celui normalement produit par les ailes ( 12) en vol avant, un groupe moteur à turbine à gaz ( 16) comprenant un gazogène central ( 20), comprenant un compresseur basse pression ( 18), une turbine motri- ce ( 22) entraînée par l'échappement du gazogène central ( 20) et rac- cordée de façon à entraîner le rotor ( 14) de l'hélicoptère, un conduit ( 26) pour amener au moins une partie de l'air comprimé par le compres- seur basse pression ( 18) à la ou chaque aile par la turbine motrice ( 22). 2 Hélicoptère compound selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs d'augmentation de l'effort sustentateur com- prennent des volets augmentateurs ( 28) à travers lesquels l'écoulement reçu par les ailes ( 12 > provenant du compresseur basse pression ( 18) est évacué, les volets ( 28) pouvant être pivotés pour diriger l'air d'échappement vers le bas ou vers l'arrière. 3 Hélicoptère compound selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tuyère de sortie ( 24) à section variable est orientable. 4 Hélicoptère compound selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu deux groupes mo- teurs ( 16) à turbine à gaz, la turbine motrice ( 22) de chacun de ces groupes étant accouplée par l'intermédiaire d'une boîte de vitesse ( 32) pour entraîner le rotor ( 14). 5 Hélicoptère compound selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit ( 26) est divisé longitudinalement par un diaphragme ( 27) et en ce que l'air comprimé par les deux moteurs est dirigé sur les côtés opposés du diaphragme ( 27), une panne de l'un des moteurs n'affectant pas la fourniture d'air comprimé par l'autre moteur aux volets ( 28) d'aile augmentateurs.