Brevet FR2542694A1 — publié le 19840921

La présente invention concerne un rotot d'hélicop- tère, en particulier du genre à moyeu flexible. On connaît des rotors d'hélicoptères du genre en question, et notamment un rotor dans lequel le pied de chaque pale est fixé par serrage entre les branches d'une chape de liaison, sensiblement profilée en U, et qui s'étend sensiblement dans le sens radial, à partir d'un moyeu central. Ce moyeu comporte essentiellement une plaque métallique, habi- tuellement confectionnée en titane, ayant une partie centrale qui porte des bras flexibles plats, pourvus chacun d'une ouverture centrale et qui s'étendent radialement vers l'exté- rieur Dans l'ouverture de chaque bras est engagée la chape correspondante, dont la base fermée, disposée en regard du moyeu, est pourvue d'une tige reliée à la partie centrale de la plaque du moyeu par une rotule d'appui en matière élasto- mère Un autre organe d'appui en matière élastomère sert à relier chacune des chapes au bras flexible correspondant, à l'endroit de la partie du bras qui ferme vers l'extérieur l'ouverture de celui-ci, de manière à réaliser un pont de liaison entre les deux bras de la chape considérée, dans l'intervalle compris entre le pied de la pale associée et l'extrémité interne de la chape. Dans le rotor à moyeu flexible que l'on vient de de décrire, la plaque du moyeu et en particulier chacun des bras radiaux de cette plaque subissent en fonctionnement des efforts centrifuges, et des couples de flexion agissant en sustentation De ce fait, la plaque du moyeu travaille obli- gatoirement dans des conditions de fatigue sévères, car elle doit encaisser non seulement des contraintes de traction dues aux forces centrifuges, mais aussi encaisser constamment des contraintes de flexion suivant des directions qui varient sans cesse de manière cyclique La plaque du moyeu subit ainsi en fonctionnement des charges de fatigue sévères, susceptibles d'entraîner une défaillance rapide de la plaque, si celle- ci n'a pas été réalisée d'une manière parfaite, en ayant recours à des techniques extrêmement onéreuses. Outre les problèmes de fabrication que l'on vient d'évoquer, la réalisation de la plaque de moyeu pose aussi un certain nombre de problèmes de conception, car il faut assurer un compromis étroit entre la souplesse de la plaque, à laquelle on demande une grande élasticité en vol, et la rigidité nécessaire au sol, pour supporter les charges sta- tiques des pales. Le but de l'invention est de réaliser un rotor perfectionné pour hélicoptère, du genre à moyeu flexible défini plus haut, en agençant ce rotor de telle manière que la plaque du moyeu travaille dans des conditions relativement plus favorables L'invention a également pour but de réaliser un rotor d'hélicoptère à moyeu flexible à même de fonctionner avec une plaque relativement peu flexible. Le rotor d'hélicoptère proposé par l'invention comporte un moyeu central, prévu pour se monter sur un arbre d'entraînement central, un certain nombre de pales qui s'étendent vers l'extérieur à partir du moyeu, et qui sont reliées chacune au moyeu par des moyens de liaison agencés pour permettre à chaque pale d'osciller dans le plan parallè- le à l'arbre d'entraînement, ainsi que dans le plan perpendi- culaire à l'arbre d'entraînement, et d'osciller en pivotement autour de son propre axe; les moyens de liaison de chaque pale comportent pour celle-ci une chape qui s'étend vers l'extérieur à partir du moyeu, sensiblement dans le sens radial, et qui est reliée au moyeu par un organe d'appui d'un premier genre, en matière élastomère; la chape comporte deux branches orientées vers l'extérieur, et fixées au pied de la pale correspondante. Selon l'invention, le rotor d'hélicoptère défini ci-dessus est caractérisé en ce que les moyens de liaison comportent en outre un élément annulaire disposé autour du moyeu du rotor, et passant dans les chapes, à chacune desquel- les cet élément annulaire est relié par un organe d'appui d'un second genre, en matière élastomère; le moyeu comporte une plaque sensiblement en forme d'étoile, pourvue d'un nombre de bras radiaux; et un organe de liaison est monté entre chacun des bras radiaux et un point correspondant de l'élément annulaire, à mi-distance entre deux organes d'appui adjacents du second genre, en matière élastomère. D'autres particularités et avantages de l'inven- tion ressortiront encore de la description d'un mode de réa- lisation préféré, présenté ci-après à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels Figure 1 est une vue partielle en plan d'un rotor d'hélicoptère conforme à l'invention Figure 2 est une coupe de la Figure 1, suivant II-II; Figure 3 est une autre coupe de la Figure 1, suivant III-III. Dans le mode de réalisation des Figures 1 à 3, le rotor 1 d'hélicoptère est monté sur un arbre central 2, dont la partie supérieure est accouplée par un joint à canne- lures 3 à la face interne d'un manchon central 4 du moyeu 5. Celui-ci est maintenu en position axiale sur l'arbre 2 par un chapeau taraudé 6, vissé sur l'extrémité supérieure file- tée 7 de l'arbre 2. Le moyeu 5 comporte une partie inférieure de forme sensiblement annulaire, constituée de deux plaques annulaires 9, 10, montées l'une sur l'autre, et qui s'étendent radiale- ment vers l'extérieur,, à partir de deux collerettes corres- pondantes 11, 12, prévues sur le manchon 4 Le moyeu 5 com- porte en outre une partie supérieure 13, constituée par une plaque en étoile, ayant une partie centrale 14 reliée à la plaque 9 et à la collerette 11 par des boulons de fixation qui traversent ces éléments; le moyeu 5 comporte aussi un certain nombre de bras radiaux flexibles 16, régulièrement répartis autour du moyeu 14, et en même nombre que les pales 17 du moyeu 5. Comme on le voit en particulier surles figures 1 et 3, chaque bras radial 16 de la plaque 13, réalisé en matériau composite, présente en section longitudinale-un profil sensiblement rectangulaire, avec une ouverture 18 ménagée à travers son extrémité libre, suivant un axe sensi- blement parallèle à celui de l'arbre 2; cette ouverture a une forme sensiblement rectangulaire, et son grand axe lon- gitudinal est perpendiculaire à l'axe longitudinal du bras radial 16 correspondant. A travers chaque ouverture 18 est monté un bottier 19, ayant à sa partie supérieure une collerette périphérique , ajustée pour s'appliquer sur la face supérieure du bras radial correspondant 16 Le boftier 19 sert de cage extérieu- re pour un support sphérique en matériau élastomère 21, formé de deux coupelles internes 22, de forme sensiblement sphéri- que, disposées côte-à-côte, et reliées à la cage externe constituée par le boîtier 19, par une garniture de matériau élastomère 23, interposée entre la cage et les coupelles. Les coupelles 23 sont traversées diamétralement par des axes ajustés 24, sensiblement parallèles à l'arbre 2, et ayant leurs extrémités inférieures engagées chacune dans une patte latérale 25 d'une monture creuse 26, qui présente en section transversale un profil sensiblement en C, ouvert en regard de l'arbre 2 Du côté en regard de l'arbre 2, chaque monture 26 est fermée par une plaque 27 sensiblement perpendiculaire au bras radial correspondant 16, et fixée à La monture 26 par des vis 28. Le passage ainsi délimité par chaque plaque 27 dans la monture correspondante 26 sert de logement à la partie médiane d'un côté 29 d'un cadre annulaire ou polygonal 30, disposé autour du moyeu 6, et comportant autant de côtés 29 qu'il y a de bras radiaux 16 Chaque côté 29 du cadre, au moins dans la partie centrale de ce côté, comporte quatre bandes 31 de matériau composite, associées deux à deux par paires, à raison d'une paire supérieure de bandes et d'une paire inférieure, avec entre les deux paires de bandes une couche intermédiaire de matériau de remplissage 32,-qui dis- paraît au voisinage des sommets du cadre polygonal 30 Dans chacune des deux paires précitées, les bandes 31 sont dis- posées côte-à-côte, suivant un même plan sensiblement per- pendiculaire à l'axe de l'arbre 2, et maintenues en compres- sion contre les bandes 31 de l'autre paire par une enveloppe extérieure 33. A chaque sommet du cadre 30, un élément métallique tubulaire 34 se trouve inséré entre la bande interne et la bande externe référencéerespectivement 31; l'axe de cet élément tubulaire 34 est sensiblement parallèle à celui de l'arbre 2, et coïncide avec l'axe de deux trous 35, ménagés dans deux bras correspondants 36 et 37 qui s'étendent dans une direc- tion sensiblement radiale par rapport à l'arbre 2, en passant le premier par-dessus le cadre 30, et le second en-dessous du cadre 30 Les bras 36 et 37 forment les branches d'une chape de liaison 38 qui sert à la fixation d'une pale 17 du rotor Comme on le voit en détail sur les figures 1 et 2, chacune des chapes 38 comporte une tige tubulaire tronconique 39, dont l'extrémité amincie porte un élément cylindrique axial 40, qui se termine à proximité de l'arbre 2 par une partie filetée 41, sur laquelle est-vissée une bague filetée 42 L'extrémité de plus grand diamètre de la tige tubulaire tronconique 39 se raccorde extérieurement à une collerette radiale portant les deux branches 36,37, de la chape, orien- tées à l'opposé de la tige tronconique 39 Les extrémités libres des deux branches 36,37, de la chape sont reliées l'une à l'autre par les axes de liaison 44 qui assurent la fixation du pied de la pale 17 sur la chape 38. La face externe de la collerette 43 de chacune des chapes 38 est solidaire de la face interne d'une pièce annulaire, servant à relier à la chape un levier de commande de pas 45, dont l'extrémité libre est associée à une timonerie de commande (non représentée) Comme on le voit sur la figure 2, la partie cylindrique 40 de chacune des chapes 38 passe dans l'intervalle ménagé entre les plaques 9 et 10, en étant reliée à ces deux plaques par un support 46 en matière élas- tomère Le support 46 comporte une partie moulée externe 47, de forme annulaire, coaxiale à la partie cylindrique 40, une garniture cylindrique interne ( 48) montée contre l'élément cylindrique 40, et une garniture intermédiaire 49, montée entre la garniture interne 48 et la pièce moulée externe 47, et séparée respectivement de ces deux éléments par une première et une seconde couchesannulaires ( 50,51) de matière élastomère, coaxiales à l'élément 40 La couche 50 présente une section transversale sensiblement trapézoïdale, alors que l'autre couche 51 est limitée intérieurement et extérieu- rement par des surfaces sphériques. Le boîtier 47 est pourvu extérieurement de pièces latérales (non représentées), servant à relier le boîtier 47 aux plaques 9 et 10, avec interposition de deux autres supports annulaires en matière élastomère, le premier support 52 étant fixé à la plaque supérieure 9, et le second support 53 à la plaque inférieure 10 Les supports annulaires 52 et 53, qui sont disposés suivant un axe commun, sensiblement parallèle à l'axe de l'arbre 2 du rotor, comportent chacun une garniture annulaire externe 54, fixée à la plaque cor- respondante 9,10 et une garniture annulaire interne 55 qui est reliée aux pièces latérales (non représentées au dessin) du boîtier 47, et séparée de la garniture externe correspon- dante 54, par une couche annulaire 56 de matière élastomère. Chacune des chapes 38 est également reliée au cadre polygonal 30, avec interposition d'un support radial 57 en matière élastomère, monté entre les branches 36 et 37 de la chape, et serré entre le cadre polygonal 30 de la col- lerette 43 de la chape Le support radial 57 comporte une garniture interne 58, profilée en cuvette sphérique, une garniture interne 59 sensiblement tronconique, et une gar- niture intermédiaire 60, reliée respectivement aux garnitures 58 et 59, par une couche 61 de matière élastomère profilée en cuvette sphérique, et par une couche d'élastomère 62 de forme tronconique. Extérieurement, la garniture 59 est fixée par des vis 63 à une collerette 64 d'une monture 65, qui présente en section transversale, sensiblement le profil d'un U, et qui est montée radialement en appui sur la face externe de l'enveloppe 3-3 du cadre polygonal 30, en étant fixée au cadre par des vis 66. Dans le rotor que l'on vient de décrire, les efforts centrifuges sont transmis par la pale 17 au cadre , ce qui présente deux sortes d'avantages D'une part, les efforts sont ainsi répartis dans l'ensemble de la structure du rotor, ce qui évite d'avoir des zones o se situent d'importantes concentrations de contraintes Et d'autre part, les bras 16 ne sont pas affectés d'une manière importante - En fait, les bras 16 sont seulement affectés, par l'intermé- diaire du cadre polygonal, par les couples produits par les pales 17 Or, ces couples, même si les bras 16 ont une élas- ticité médiocre, sont en général acceptables du fait qu'ils sont amortis par l'élasticité du cadre polygonal 30, et à cause de la faible longueur des bras 16, qui s'étendent sui- vant les médiatrices des côtés du polygone du cadre 30, et non suivant les bissectrices des sommets de ce polygone. REVENDICATIONS 1 Rotor d'hélicoptère, comportant un moyeu central ( 5) prévu pour se monter sur un arbre d'entraînement central ( 2), un certain nombre de pales ( 17) qui s'étendent vers l'extérieur à partir du moyeu ( 5), et qui sont reliées chacune au moyeu ( 2) par des moyens de liaison agencés pour permettre à chaque pale ( 17) d'osciller dans le plan parallè- le à l'arbre d'entraînement ( 2), ainsi que dans le plan per- pendiculaire à l'arbre d'entraînement ( 2) et d'osciller en pivotement autour de son propre axe, les moyens de liaison de chaque pale ( 17) comportant pour celle-ci une chape ( 38) qui s'étend vers l'extérieur à partir du moyeu ( 5) sensible- ment dan le sens radial, et qui est reliée au moyeu par organe d'appui d'un premier genre ( 46) en matière élastomère, tandis que la chape ( 38) comporte deux branches ( 36,37) orientées vers l'extérieur, et fixées au pied de la pale cor- respondante ( 17), caractérisé en ce que les moyens de liaison comportent en outre un élément annulaire ( 30), disposé autour du moyeu ( 5) du rotor et passant dans les chapes ( 38), à chacune desquelles cet élément annulaire ( 30) est relié par un organe d'appui d'un second genre ( 57), en matière élasto- mère, le moyeu ( 5) comportant une plaque ( 13) sensiblement en forme d'étoile, pourvue d'un certain nombre de bras radiaux ( 16), et un organe de liaison ( 21), monté entre chacun des bras ( 16) et un point correspondant de l'élément annulaire ( 30), à mi-distance entre deux des organes d'appui adjacents ( 57) du second genre en matière élastomère. 2 Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément annulaire ( 30) est sensiblement de forme polygonale, en ce que chacun des organes d'appui en matière élastomère ( 57) du second genre est disposé à l'endroit de l'un des sommets de l'élément polygonal ( 30), et en ce que chacun des organes de liaison ( 21) est disposé en un point de l'élément polygonal, sensiblement à mi-distance de deux sommets adjacents de cet élément polygonal. 3 Rotor selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des organes de liaison ( 21) comporte une monture creuse ( 26), dans laquelle passe l'élé- ment annulaire ( 30), et un organe d'appui ( 21) en matière élastomère qui relie la monture ( 26) à une extrémité de l'un des bras radiaux ( 16). 4 Rotor conforme à l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément annulaire est constitué par une couronne ( 50),construite en un matériau composite. Rotor conforme à la revendication 4, caractéri- sé en ce que la couronne ( 30) comporte un certain nombre de bandes ( 31), disposées côte-à-côte.