Brevet FR2563806A1 — publié le 19851108

GROUPE MOTEUR POUR HELICOPTERE COMPOUND La présente invention a trait aux groupes moteurs pour héli- coptères compound, le terme hélicoptère compound étant utilisé pour indiquer un hélicoptère comportant des ailes en plus du rotor d'un héli- coptère normal. La notion d'hélicoptère compound n'est pas nouvelle et plusieurs approches différentes ont été effectuées pour leur conception. Il a, par exemple, été proposé d'utiliser des moteurs distincts pour fournir la puis- sance pour entraîner le rotor et pour produire la propulsion horizontale. Cette approche préente 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 moteurs sont montrés dans les brevets UK N I 024 969, I 108 454 et I 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 horizontale. Dans toutes ces propositions, les moteurs sont utilisés pour fournir la force ascension- nelle 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 980 608. Dans ce dispositif, il est prévu une souf- flante à pas variable, et la soufflante ainsi que le rotor de l'hélicoptère sont tous les deux actionnés en permanence par commande de la turbine basse pression du moteur. La quantité de puissance allant au rotor d'héli- coptère est modifiée par le changement de pas des ailettes de la souf- flante 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 relativement grand, ce qui limite le type d'appareil sur lequel elle peut être utilisée. La présente invention a pour objet un groupe moteur pour héli- coptère 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, le groupe moteur pour hélicoptère compound qui comprend au moins un moteur à turbine à gaz comportant un gazogène central et une turbine motrice entraînée par l'échappement du gazogène central et raccordée de façon à faire tourner le rotor de l'hélicoptère, comporte, en aval de la turbine motrice, une tuyère de propulsion de sortie à section variable, qui reçoit l'échappement provenant de la turbine motrice et contrôle la puissance fournie au rotor de l'héli- coptère. 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 pro- pulsive 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 boîte de vitesse pour l'entraînement du rotor de l'hélicoptère qui sont essentiels dans tous les groupes moteurs d'héli- coptère). Cette proposition permet également d'éviter les problèmes des propositions antérieures, citées ci-avant, du fait que le rotor de l'hélico- ptère est actionné en permanence, alors que le partage de la puissance provenant du groupe moteur entre l'élévation et la propulsion 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 représen- tant à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution d'un hélicoptère compound utilisant le groupe moteur selon l'invention: Figure I montre la partie supérieure d'un hélicoptère compound selon l'invention, à deux moteurs, avec son rotor, son aile augmentatrice et ses 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 hélicoptère compound (10) comprenant des ailes (12), une sur chaque côté, et un rotor d'hélicoptère (14). Deux 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 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 fonctionnement 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 pas- sage 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. 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 fournissent 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 moteurs à la puissance maximale avec la tuyère de sortie à section variable dans sa position de section maximale. Ceci fournit la plus grande chute de pression dans la turbine motrice et, par conséquent, un entraï- 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. 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 supplé- mentaire. 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 sustentation. Lorsque les ailes ont commencé à contribuer à l'effort sustentateur néces- saire 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 400km/h (250 mph) peuvent être at- teintes sans que le nombre de mach de basculement des pales rotatives du rotor avançant ne devienne excessif. Un autre avantage d'un groupe moteur pour hélicoptère compound tel que décrit ci-dessus est que par 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 signifi- cative le rayon d'action de l'hélicoptère en augmentant la quantité de carburant transportée au décollage. Afin d'éviter tout doute, le terme compresseur basse pression utilisé dans toute cette description doit être compris comme comprenant l'autre terme largement utilisé soufflante. - REVENDICATIONS - 1- Groupe moteur pour hélicoptère compound comportant un rotor d'élévation principal et au moins une aile, ce groupe moteur com- prenant un ou plusieurs moteurs à turbine à gaz (16) comportant un gazo- gène central (20) qui entraîne le compresseur (18) et une turbine motrice (22) entraînée par l'échappement du gazogène central (20) et raccordée de façon à entraîner le rotor (14) de l'hélicoptère, caractérisé en ce qu'il comprend, en aval de la turbine motrice (22), une tuyère de propul- sion de sortie (24) à section variable, et en ce que cette tuyère (24) reçoit l'échappement provenant de la turbine motrice (22) et est apte à être manoeuvrée pour faire varier la puissance absorbée par la turbine motrice (22) et pour faire varier simultanément la poussée propulsive produite par la tuyère (24). 2- Groupe moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tuyère (24) de sortie à section variable du ou de chaque moteur (16) est orientable afin de fournir soit la force ascensionnelle soit la poussée propulsive avant. 3- Groupe moteur selon l'une des revendications I ou 2, pour un hélicoptère comportant au moins une aile (12) munie d'un ou plusieurs dispositifs (26) augmentateurs afin de produire un effort sustentateur en plus de celui produit normalement par les ailes en vol avant, caracté- risé en ce qu'il comprend un conduit (26) pour amener au moins une partie de l'air comprimé par le compresseur basse pression (18) à la ou chaque aile (12). 4- Groupe moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux moteurs à turbine à gaz (16) et en ce que les turbines motrices (22) de chacun de ces mo- teurs sont accouplées par l'intermédiaire d'une boîte de vitesse (32) pour entraîner un arbre de sortie commun (30). 5- Groupe moteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caracté- risé en ce que le conduit (26) est divisé longitudinalement par un dia- phragme (27), en ce que l'air comprimé par l'un des moteurs (16) est dirigé sur l'un des côtés du diaphragme (27) et l'air comprimé par l'autre moteur (16) est envoyé sur l'autre côté du diaphragme (27), et en ce que le diaphragme (27) et le conduit (26) sont construits et arrangés de telle sorte qu'une panne de l'un des moteurs (16) n'affecte pas la fourniture d'air comprimé par l'autre moteur (16) à la ou à chaque aile (12).