Brevet FR2569388A1 — publié le 19860228

La présente invention concerne ia Commande coiiec- tive du pas des paies dans in rotor, tel q-e ie rotor priri- cipai d'Jn hélicoptère à voilure en X. On connaît déjà des mécanismes de variation dJ pas pour ies pales dJ rotor principal d'un hélicoptère, iesque-is comprennent Jn piateaJ osciiiant qui répond à des ordres de commande d'entrée en provenance d'Jn piiote oJ d'un s>stème de commande automatiquJe du vol et qJi est accoupió à Jre "corne" unique de réglage du pas sir chaque pale afin d'ef- fectuer Jne commande aérodynamique de l'aéronef par i'inter- médiaire de variations cycliques et collectives dJ pas des pales. Un inconvénient lié à l'emploi d'une corne de régiage du pas inique est que ies efforts d'entrée pour le régiage du pas peuvent entraîner une flexion 'dans le sens di bat- tement des pales et si ia liaison entre ie plateau osciiiant et une pale est défaillante, la commande du pas de cette pale est alors perdue. Un rotor à voilure en X est un rotor sans palier à quatre pales, très rigide, qui réalise une modulation c>cli- que et collective de la poussée par une commande de circu- lation d'air qui est effectuée par in soufflage programmé d'air comprimé à travers des fentes prévues dans des bords d'attaqje et de fuite des pales du rotor. Cependant, ies analyses des performances et des qualités de manoeuvre d'un tel rotor à voilure en X ont montré qu'un dispositif de commande collective mécanique du pas est nécessaire pour compléter la modulation de poussée di rotor pendant divers régimes de vol, en particulier dans le cas du vol station- naire et du vol à grande vitesse avec la voilure fixe. La réalisation d'jin dispositif de commande collective mécanique du pas conventionnel sur un rotor à voilure en X entraîne- rait de longs trajets de transmission des efforts à travers les liaisons de commande, ce qui entraînerait ainsi un poids indésirable de matériaux pour obtenir une raideur satisfai- sante de l'ensemble du dispositif. En outre, les dispositifs conventionnels peivent être utilisés uniquement si ie pied de chaqJe pale est fermement supporté à l'encontre de toute fiexion verticale et il serait difficile d(e permettre le mouvement avant-arrière des paies sans répercJssion sir ie mouvement de réglage dJ pas. En outre, il serait difficile de raidir ia section oJverte de chaque paie pour permettre ia fixation d'un bras relie à une corne unique. Par conséquent un but de ia présente invention est de fournir une commande collective mécanique de réciane dJ pas pour un rotor qui soit simple et efficace, sans rdpe-- cussion sur le mouvement avant-arribre oJ ie battement des paies. Un autre but de la présente invention est de fournir une teiie commande dans iaqJelle de courts trajets de trans- mission des efforts sont établis à travers les liaisons de ia commande et le pied de chaqje pale est supporté fermement à l'encontre d'une flexion verticaie. Dans ie cas d'un aéro- nef à voilJre en X un autre but de la présente invention est de compléter la modulation de poussée collective avec Jne commande collective mécanique tandis que le réglage c>clique du pas demeure sous la commande de la circulation d'air. Suivant l'invention, des actionneurs rotatifs sont logés entre les pales adjacentes d'un rotor. ChaqJe action- neur déplace le bord d'attaque d'une pale adjacente dans ie sens correspondant à l'accroissement ou à la diminution dJ pas, et il déplace également le bord de fuite de i'aJtre pale voisine afin de provoquer une variation correspondante du pas de celie-ci. nn comprendra que les termes "bord rilat- taque" et "bord de fuite", teis qu'iis sont utilisés préser- tement, sont considérés dans le cas d'un rotor à voiiJre en X entraîné en rotation. Lorsque ce rotor est arrêté dans le cas d'un vol à grande vitesse, l'écoulement de l'air sur ia moitié des pales est inversé. Suivant une caractéristique complémentaire de i'in- vention, les commandes d'entrées appliquées aux actionneJrs sont transmises par l'intermédiaire d'un arbre de torsion qui est logé à l'intérieur de l'arbre du rotor et qui tourne avec celui-ci, cet arbre de torsion étant toutefois entrainé par une boite de vitesses de compensation qui anniule l'effet de la rotation de l'arbre du rotor. SJivant jne autre caractéristique compiémentaire le l'invention, deux arbres de torsion (redondants) sont prévis à raison d'un pour chaque moitié des actionneJrs, et ies entrées des actionneJrs sont interconnectées pour ia redon- dance. nn décrira ci-après,à titre d'exemples non iimita- tifs, diverses formes d'exécution de la présente inention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en plan d'un aéronef à voiiure en X. La figure 2 est une vue en perspective dJ rotor suivant l'invention, montrant la relation entre les action- neJrs rotatifs et les pales. La figure 3 est une vue en plan du rotor de ia fiaoJ- re 1 montrant les commandes d'entrée des actionneurs. La figure 4 est une autre vue en plan du rotor de la figure 1 montrant une variante d'exécution de la commande d'entrée des actionneurs. La figure 5 est vue en coupe transversale d'une boîte de vitesses de compensation qui peut être utilisée conjointement avec i'invention. La figure 1 représente un aéronef 2 à voilure en X comportant un rotor 4 comprenant quatre pales 6 et 8o. Les pales 6 sont des profils aérodynamiques h commande de circJ- iation d'air, portant chacun des fentes dans son bord d'at- taque et dans son bord de fuite, fentes à travers lesqueiies de i'air comprimé en provenance d'un système pneumatique est éjecté. La commande est réalisée en modulant cycliquement et collectivement la quantité de l'écoulement d'air éjecté. Dans certains régimes de vois, tels que l'atterrissage et ie décollage, le rotor tourne tandis que dans d'autres régimes de vol, tel qJe ie vol vers l'avant, le rotor est fixe et il est bloqué dans la position représentée. Sur la figure 2 est représenté un rotor à poJtre en croix semblable à ceux décrits dans les brevets US 4.299.538 et 4.093.400. Qdatre pales 10- 13 sont fixées, à leJrs pieds, un moyeJ 14 qui, dans cet exemple, constitue la partie cen- traie d'une poutre en croix, la fixation de chaqje paie étant réaiisée d'une manière appropriée poJr permettre ia rotation de la paie autour d'un axe de réglage dJ pas de ia paie respectif 16-19. Dans le cadre de cette description, on considérera que les axes de réglage du pas]6-19 sont co- planaires et qu'ils sont situés dans un plan di rotor aJi est perpendiculaire à l'axe 20 de i'arbre du rotor. A i'en- droit de son pied, chaque paie comporte une "corne" de com- mande du pas 22 sur son bord d'attaque et une "corne" de commande du pas 24 sur son bord de fuite. Ceci constitJe une notable différence entre le rotor suivant l'invention et les rotors h poutre en croix suivant les brevets US précités qui comprennent une seule corne de commande du pas par pale. Avec une seule corne de commande du pas par pale, les ef- forts de commande pour le changement du pas se trerji. t non seulement par des variations du pas des pales (torsion) mais encore par une légère flexion de la pale dans ie sens du battement, laquelle est due à la flexibilité de la poutre en croix. Autrement dit, les efforts de commande pour ie changement du pas ne se traduisent pas par une simple tor- sion mais ils entraînent une flexion dans le sens du bat- tement. Ainsi qu'il sera évident par la suite, le s>stème actionneur suivant l'invention produit uniquement une tor- sion en réponse à des efforts de commande de réglage di pas. Quatre actionneurs rotatifs 26-29 sont répartis symétriquement entre les pales 10-13 de telle façon que ies axes de rotation 30-33 de leurs arbres de sortie 34 soient situés dans le plan du rotor et constituent les bissectrices des angles formés par ies axes de réglage du pas 16-19. Des détaiis des liaisons entre les actionneurs 26-29 et ies pales 10-13 apparaissent mieux sur la figure 3 qui est une vie en plan du rotor de ia figure 1. L'arbre de sortie 34 de chaque actionneur 26-29 porte deux bras 36 et 38 diamétralement opposés qui se trou- vent dans le plan du rotor pour un pas des pales neutre. Dans le cadre de la présente description, un pas des pales neutre signifie- que les cordes des pales se trouvent dans ie plan di rotor. Le bras 36 est reiié, par i'intermédiaire d'un joint sphérique 4l, à un élément 42 d'une articulation 64 à deux éléments, i'aJtre éiément 46 de cette articjiationr étant relié à pivotement avec la corne de commande dj pls 22 prévue sur ie bord d'attaque d'Jne paie adjacente. L'autre bras 38 est reiié de ia même façon, par l'intermédiaire d'un joint sphérique 4P, à jn élément 50 d'une articjiation 52 à deux éléments, l'autre ilément 54 de cette articJiatiori étant relié à pivotement à la corne de commande dJ pas 24 prévue sur le bord de fuite de l'autre pale adjacente. Les axes des pivots entre les articulations 44 et 52 ct ic'S cornes de commande du pas respectives 22 et 24, ainsi qJe des pivots des articulations 44 et 52 elles-mêmes sont tous perpendiculaires au plan du rotor, pour permettre jn moJve- ment avant-arrière des pales sans répercussion sur ie pas. La pale 11 est représentée dans une position avant, sa position neutre entre les positions avant et arrière étant indiquée en traits mixtes sur ia figure 3, afin d'ii- lustrer ia façon dont le système actionneur suivant i'in- vention peut encaisser le mouvement avant-arrière. Chaque actionneur provoque un changement de pas correspondant dans deux pales adjacentes. On considérera l'exemple suivant: lorsque l'arbre de sortie 34 de i'ac- tionneur 29 tourne dans le sens des aiguilies d'une montre ainsi qu'ii est indiqué par une flèche 56 (voir ia figure 2), ie bras 38 et par conséquent le bord de fuite de ia paie 10 sont entraînés en rotation en dessous du plan dJ rotor. Ceci augmente ie pas de la pale 10. Simultanément, ie bras 36 et par conséquent le bord d'attaque de la pale 13 sont entraînés en rotation audessus du plan du rotor, ce qui produit égaiement Jn accroissement du pas de la paie 13. L'accroissement du pas de ia pale 10 correspond à i'accrois- sement du pas de la pale 13. Ceci assure donc ia commande collective dans le cas du mode rotatif de ia voilure en X. LorsqJe le rotor s'arrête au cours d'un vol à grande vites- se, le mécanisme décrit présentement assure une commande de gauchissement. Chaque paie est ainsi actionnée par deux actionneurs et par conséquent ies actionneurs 26-29 sont entraîns à l'jnisson de telie façon qje les variations de pas provo- quées par chacun d'eux soient égales. Un exemple d'un mécanisme d'entraînement des àction- neurs est illustré sur la figure 3. Chaque actionneur 26;- 29a (correspondant aux actionneJrs 26-29 de la fiqure 1) répond à une commande d'entrée de l'actionne'r par i'inter- médiaire d'un arbre d'entrée 58 qui se termine par jn pignon conique 60. ToJs les pignons coniques 60 sont entraînés par une roue dentée conique associée 62 qui est fixée sJr il'ex- trémité supérieure d'un arbre de torsion 64 qui est coaxial avec i'arbre du rotor. Par conséquent, lorsque i'arbre de torsion 64 tourne, tous les actionneurs 26-29 répondent de la même façon. Les arbres d'entrée 58 peuvent passer à tra- vers ia poutre en croix 14, à travers des trous appropriés, ou bien audessus de celle-ci, avec un jeu convenabie. Ainsi qu'il sera expliqué d'une manière plus détaiilée par ia suite, l'arbre de torsion 64 est entrainé par une boite de vitesses de compensation de telie façon que ie mouvement des actionneurs soit indépendant de ia rotation et de la vitesse de l'arbre du rotor. Le fait que deux actionneurs agissent conjointemer;t sur chaque pale procure certains avantages. Par exempie, dans le cas d'Jn accroissement du pas des pales, un action- neur fait tourner ie bord d'attaque de ia pale au-dessJs du plan du rotor, tandis que l'autre actionneur fait tourner ie bord de fuite de cette même pale en dessous du plan du ro- tor. Par conséquent, la pale est soumise uniquement h une torsion dans le cas de ia variation du pas si bien qj'ii n'y a aucune tendance à lui transmettre une flexion correspon- dant à un mouvement de battement. Le mécanisme est également tolérant à l'égard des défaiiiances des composants. nn con- sidèrera le cas de ia défaillance d'un actionneur. Tant que i'actionneur défaillant est passif, c'est-à-dire qu'ii n'est pas verrouililé, l'atre actionneur prévJ pour la pale main- tient ia commande du pas. On pourrait envisager ia mise hors service de trois des quatre actionneurs tout en conservant la commande dJ pas au moyen du seul actionne jr restant. De même, ie court trajet de transmission des efforts entre ies actionneurs et les pales associées donne un systbme (de com- mande très rigide qui supporte les pales à l'endroit de leJrs pieds, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des pa- iiers de mise en drapeau,- et il assure également ie mruirtien des pales à l'encontre des forces de cisaillement vertica- les. Cependant, si aucun palier de mise en drapeau n'est prévu, la tolérance à l'égard des défaiiiances décrites précédemment n'intervient pas. Pour permettre cette toilé- rance à l'égard des défauts, on peut installer des paiiers de mise en drapeau qui sont souples ou présentent une pente. Le trajet de transmission des efforts au support vertical demeure à travers la liaison de iL'actionneur ainsi qu'il a été décrit. La figure 4 représente une variante d'exécution du mécanisme actionneur suivant l'invention dans lequel deux arbres de torsion (redondants) 70 et 72 sont prévus dont l'un ou l'autre est capable d'assurer la commande totale, à la place de l'arbre de torsion unique 64 de l'exemple précé- dent. Les arbres de torsion 70 et 72 sont décalés par rap- port à l'axe du rotor. Quatre actionneurs 26b-29b (corres- pondant aux actionneurs 26-29 de la figure 1) sont prv-is sur le moyeu 14 entre quatre pales 10-13. Chaque actionneur comprend deux entrées (redondantes) au lieu d'une seule entrée, l'une ou l'autre de ces entrées étant capable d'as- surer la commande totale. Chaque arbre de torsion entraîne seulement la moitié des actionneurs, autrement dit deux actionneurs dans ce cas. L'arbre de torsion 70 entraîne les actionneJrs 26b et 27b par l'intermédiaire d'arbres d'entrée 78 reliés à i'une de leurs entrées redondantes. De la même façon, l'arbre de torsion 72 entraîne les actionneurs 28b et 29b par l'inter- médiaire d'arbres d'entrée 78 reliés à l'une de leurs en- trées redondantes. Les décalages des arbres d'entrée 78 par rapport aux axes d'entraînement de sortie 30-33 ne sont pas critiques en ce qui concerne le fonctionnement du mécanisme, mais ces décalages permettent de tenir compte au mieJx des décalages des arbres de torsion 70 et 72 sans avoir à amener ies arbres d'entrée 78 à être entraînés suivant un angle. Des organes d'entraînement flexibles, tels qje des câbles 79 relient entre elies les autres entrées des action- neurs 26b-29b, de manière à donner une tolérance maximale à l'égard des défaillances. Les entrées des deux actionneJrs 26b et 29b sont reliées entre elles et de la même façon les entrées des deux-actionneurs 27b et 28b sont également re- liées entre elles. On considérera la défaillance de i'arbre de torsion 70. Tant que cette défaillance est passive, c'est-à-dire sans blocage, l'actionneur 26b entraîne i'ac- tionneur 27b en maintenant ainsi la commande totaie. Les actionneurs 26-29, 26a-29a et 26b-29b sont es- sentiellement de simples boites de vitesses réductrices. Le rapport de réduction particulier des actionneurs et l'avan- tage mécanique des bras et articulations dépendent de la conception d'ensemble mais ces facteurs sont à la portée dj spécialiste de la technique. Un exempie de la façon dont les arbres de torsion sont entraînés indépendamment du rotor est illustré sur la figure 5. Une boite de vitesses de compensation 80 est mon- tée fixe par rapport à une cellule 82 et un arbre de rotor 84 tourne par rapport à cette boite de vitesses avec une vitesse (a) autour d'un axe de rotation 86. L'organe d'en- trée de' la boite de vitesses 80 est constitué par jn arbre 88 qui est entraîné en rotation, à une vitesse angulaire ([Wi), par un actionneur approprié 90 en réponse à jne com- mande collective désirée de réglage du pas 92 provenant d'un pilote ou d'un système de commande automatique du vol. La sortie de la boite de' vitesses 80 est constituée par un arbre de torsion 94 tel que l'un des arbres 70, 72 décrits en référence à la figure 3. La boite de vitesses 80 transmet le mouvement à partir de l'arbre d'entrée 88, par rapport N la cel>ule 82, à l'arbre de sortie 94,'par rapport à l'arbre de rotor 84, dans un rapport fixe. Ceci est réalisé de ia façon suivante. Une coJronne dentée 96 à 160 dents est fixée) l'ar- bre de rotor 84 et elle engrène avec Jn pignon droit nq à 2q dents qui est également en prise avec une couronne dentée à 216 dents qui est fixée à la boîte de vitesses P0. Ainsi, iorsqJe l'arbre de rotor 84 toJrne, le pignron QE effectue un mouvement orbital aJtour de l'axe de rotor 6 tout en tournant autour de son propre axe. Le pignon oP toJrillonne sur une couronne 102 si bien que cette couronne est entraînée par ie pignon poJr touJrner auJtour de i'axe F6 du rotor. La rotation de la couronne 102 autour de l'axe P6 du rotor provoque l'entraînement d'un pignon douJble lna oJi tourilionne sur cette couronne de manière à cffectJer Jn mouvement orbital autour de l'axe 86 du rotor. Le pignon doubie 104 est constitué de deux pignons droits coaxiaJx et solidaires l'un de l'autre à savoir uJn pignon 1n6 de 100 dents et un pignon 108 de 60 dents. Le pignon 106 est en prise avec une couronne dentée 110, sur sa denture interne comprenant 288 dents. La couronne dentée 11; est fixe par rapport à la celluie 82 lorsqu'aucun mouvement d'entrée n'est appiiqué à i'arbre d'entrée 88. Par conséquent, le mouvement orbital du pignon double 104 provoque la rotation de ce pignon double 104 autour de son propre axe. Une couronne dentée 112 est montée librement à rota- tion autour de l'axe 86 du rot.or et elle est en prise, par sa denture externe de 128 dents, avec le pignon droit InR, et, par sa denture interne de 110 dents, avec un pignon droit 114 porté à l'extrémité de l'arbre de torsion 4. Ceci amène l'arbre de torsion 94 à tourner à ia vitesse dJ rotor par rapport b la cellule 82, autrement dit à rester fixe par rapport à l'arbre 84 du rotor. Par conséquent, dans ie cas d'une absence de commande d'entrée, c'est-à-dire lorsque l'arbre d'entrée 88 ne tourne pas par rapport à ia ceilie, il n'y a pas de commande de sortie c'est-à-dire que i'arbre de torsion 84 est stationnaire par rapport au rotor. Dans le' cas o une commande d'entrée est présente, un pignon droit 116 à 40 dents, fixé à l'extrémité de l'ar- bre d'cntrée 89 et qJi est en prise avec la denture externe, h 330 dents, de la couronne dentée 110, toJrne en rrporise à ia commande d'entrée coliective désirée de régiage dJ pas et provoque la rotation des pignons 104,]14 en pius de ceiie dont ii a été question précédemment, si bien qJe la rotation de sortie (GU) reste dans une relation fixe par rppoirt ia rotation d'entrée (W)). La position en rotatfon et ia vitesse sont utilisées d'une manière interchangeable dans ce contexte. Bien qJe cela ne soit pas spécifiquement représenté, il va de soi que les actionneurs 26-29 pourraient r6pondre, soit d'eux-mêmes, soit par l'intermédiaire d'jn transdJcteJr monté sur le moyeu, à des signaux provenant d'une hagJe de frottement électrique ou optique, au iieu d'exiger ia com- mande d'entrée mécanique dont il a été question ci-dessjs. On comprendra que le nombre des paies n'est pas iimité à quatre, bien que ce nombre convienne tout particu- lièrement dans le cas d'un rotor à poutre en croix. On com- prendra également que l'invention n'est pas iimitée aJ rotor principal d'un aéronef à voilure en X et que d'autres ro- tors, tels que les rotors de queue d'hélicoptère, peJvent aussi bénéficier de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Un rotor comprenant un arbre de rotor toJrnant par rapport à une celiule, un moyeu fixé en rotation à l'arbre de rotor, des pales fixées à ce moyeu de manire i permettre des variations du pas des pales autour d'axes respectifs de régiage du pas des pales, et des moyens pour foJrnir au rotor une commande d'entrée collective pojr jn réglage de pas désiré, caractérisé en ce qu'ii comporte des actionneurs (26-29,26a-29a,26b-29b) montés sir le mo}eu (14) entre des pales adjacentes (10-13), chacun des actionneurs étant relié au bord d'attaque d'une pale adjacente et aJ bord de fuite de l'autre pale adjacente afin de provoquer une variation de pas correspondante des deux pales adjacen- tes en réponse à Jne cpmmande d'entrée appliquée b l'action- neur, si bien que tous les actionneurs agissent à l'unisson pour que les variations du pas des pales soient collectives9 et des moyens pour fournir la commande d'entrée des ac- tionneurs en fonction de la commande d'entrée collective pour le réglage du pas désiré. 2.- Un rotor suivant la revendication 1 caractérisé en ce que chaque actionneur comprend un arbre de sortie rotatif (34) dont l'axe recoupe les axes (30-33) de régiage du pas des pales (10-13) des pales adjacentes et chaque arbre de sortie (34) porte deux bras (36,38) diamètraiement opposés, l'un de ces bras (36) étant relié aJ bord d'attaque d'une pale adjacente (12) tandis que l'autre bras (38) est relié au bord de fuite de l'autre pale adjacente (13). 3.- Un rotor suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le premier bras (36) est relié au bord d'attaque de la première pale adjacente (13) par l'intermédiaire d'une première liaison articulée (44), l'autre bras (38) est relié au bord de fuite de l'autre pale adjacente (10) par l'inter- médiaire d'une seconde liaison articulée (52), et les pre- mière et seconde liaisons articulées (44,52) autorisent -un mouvement avant-arrière des pales sans répercussion sur le pas. 4.- Un rotor suivant la revendication 1 caractérisé en ce que chaque actionneur (26b-29b) a deux entrées redon- dantes dont une première entrée répond à la commande d'pn- trée de i'actionneur tandis que les secondes entr4es des actionneurs sont reliées entre elles de manière ï EssJrer une commande continue dans le cas de la défaillance d'un actionneur incapable de répondre à ia commande d'entrée appliquée à celui-ci. 5.- Un rotor suivant la revendicationl caractérisé en ce que les moyens délivrant la commande d'entrée des actionneurs sont constitués par une boite de vitesses de compensation qui comprend un arbre d'entrée pouvant tourner à une vitesse (Wi) par rapport à la celiJie, en ré- ponse à la commande d'entrée collective de réglage du pas désiré, et un arbre de sortie qui peut tourner à une vitesse (@O) par rapport à i'arbre du rotor pour fournir ia commande d'entrée de l'actionneur, la vitesse (uO) de l'arbre de sortie et la vitesse(Wi) de l'arbre d'entrée étant entre elles dans une relation déterminée, indépendamment de la vitesse du rotor.