Brevet FR2572358A1 — publié le 19860502

La présente invention concerne une pale de rotor pour un aéronef utilisant un système de rotor à commande de circulation d'air et plus particulièrement une construction de fente de passage d'air s'étendant suivant l'envergure de la pale. Un aéronef à voilure en X est un aéronef à voilure tournante qui utilise un rotor/voilure rigide faisant appel à des profils aérodynamiques à commande de circulation d'air. Le rotor est entraîné mécaniquement et les pales du rotor agissent essentiellement avec un pas fixe. Le rotor peut tourner comme dans le cas d'un hélicoptère, ou bien il peut être arrêté et disposé afin d'agir à la manière d'une voilure fixe. La commande collective et cyclique est obtenue par une commande de la circulation d'air autour d'une surfa- ce de Coanda sur les profils aérodynamiques des pales. Ceci est réalisé en soufflant de l'air comprimé à travers des conduits dans les bords d'attaque et de fuite des pales du rotor et en modulant la quantité d'air éjecté à travers des fentes s'étendant suivant l'envergure prévues sur les bords d'attaque et de fuite des pales du rotor. Le système de rotor pour un aéronef à voilure en X comporte un moyeu et des pales de rotor fixées à ce moyeu, ainsi qu'un système pneumatique pour fournir de l'air sous pression séparément au bord d'attaque et au bord de fuite des paies de rotor individuelles, sous une pression et avec un débit désirés. Le système pneumatique comporte un com- presseur, une chambre d'alimentation en air stationnaire, des vannes pour commander l'écoulement de l'air à partir de la chambre en direction des pales, et un dispositif de dis- tribution d'air rotatif pour amener l'air séparément au bord d'attaque et au bord de fuite des diverses pales. Dans les profils aérodynamiques à commande de cir- culation d'air, de l'air sous pression est éjecté à partir d'ouvertures ou fentes s'étendant suivant l'envergure si- tuées le long du côté supérieur de la surface de Coanda arrondie du profil aérodynamique du bord d'attaque ou de fuite. L'écoulement de l'air à partir des fentes adhère au bord d'attaque/de fuite arrondi qui augmente la circulation afin de produire un accroissement correspondant de portance par rapport à un profil aérodynamique sans éjection d'air. Pour une pression interne et des conditions aérodynamiques déterminées d'une pale, la variation de portance due à la commande de circulation d'air est proportionnelle à l'aire de l'ouverture de la fente et ce jusqu'à une certaine limi- te. Lorsque l'ouverture de la fente dépasse cette limite, aucune portance additionnelle n'est obtenue, ce qui corres- pond à une condition analogue au minimum de sustentation dans le cas d'un profil aérodynamique conventionnel. Puis- qu'un profil aérodynamique à commande de circulation d'air d'une voilure en X est symétrique par rapport à sa demi- corde, le bord d'attaque situé du côté avançant du disque formé par le trajet des pales devient le bord de fuite du côté en retrait et vice versa. Pour rendre maximales les performances lorsque le rotor ralentit, il est désirable que la fente du bord d'attaque "local" soit fermée pour toutes les positions en azimut. L'utilisation de ressorts conven- tionnels précontraints pour assurer la fermeture de la fente n'est pas désirable principalement à cause du poids entralné par ceux-ci. Un système de rotor à commande de circulation d'air est décrit dans l'article intitulé "Circulation Control Rotor Flight Demonstrator" de David R. Barnes, Douglas G. Kirkpatrick et George A. Mc Coubrey qui a été présenté un symposium de la région Mideast de la société "Américan Helicopter Society" en Août 1976. L'article intitulé "Status Report on Advanced Development Program Utilizing Circulation Control Rotor Technology" de Kenneth R. Reader, Douglas G. Kirkpatrick et Robert M. Williams Papier n 44, qui a été présenté au quatrième Forum Européen sur les Aéronefs à rotor d'importance, qui s'est tenu à Stresa en Italie du 13 au 15 Septembre 1978, décrit un programme de développement de voilure en X. Un but de la présente invention est de fournir une construction améliorée d'ouvertures de fentes de passage d'air s'étendant suivant l'envergure dans la pale de rotor d'un aéronef à commande de circulation d'air. Un autre but de la présente invention est de fournir une pale de rotor à commande de circulation d'air ayant des ouvertures de fentes s'étendant suivant l'envergure dont la dimension peut être ajustée extérieurement et pour lesquel- les il y a une structure définissant l'ouverture qui a une course et une précontrainte réglables indépendamment. Un autre bdt de la présente invention est de four- nir une pale de rotor à commande de circulation d'air ayant des ouvertures de fentes s'étendant suivant l'envergure définies par une structure qui n'utilise pas des ressorts pour son fonctionnement et qui peut être aisément remplacée. Un autre but de la présente invention est de four- nir une pale de rotor à commande de circulation d'air ayant des ouvertures de fentes s'étendant suivant l'envergure définies par une structure réalisée en un matériau composite et qui comprend des portions à double flexion pour sa pré- contrainte et le réglage de l'ouverture de fente maximale, et qui s'accomode de variations de tolérances entre les pales du rotor. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence -au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en coupe d'une pale de rotor construite conformément à l'invention, cette vue représen- tant une fente à l'état fermé. La figure 2 est une vue en coupe similaire représen- tant une vue éclatée des vis de réglage, la fente étant dans l'état d'ouverture. La figure 3 est un diagramme illustrant la variation de l'ouverture d'une fente en fonction d'une ouverture dif- férentielle de la fente. La figure 4 est une vue en plan d'une portion d'une pale de rotor construite suivant l'invention. Dans la construction de pale de rotor représentée sur la figure 1, la pale 10 est d'un type de construction composite et elle comporte une section formant poutrelle 12 et un conduit d'air comprimé 14, la section formant poutrel- le 12 et le conduit 14 étant liés rigidement l'un à l'autre. Le bord de la pale, c'est-à-dire le bord d'attaque et habi- tuellement aussi le bord de fuite, est défini par une surfa- ce de Coanda 16. Cette surface peut être soit une portion du conduit d'air comprimé 14 ainsi qu'il est représenté, soit un élément séparé. Un panneau flexible 18 s'étend le long de la surface supérieure de la pale et en coopérant avec la face supérieure de la surface de Coanda 16 il définit une fente 20 à travers laquelle peut être déchargé de l'air comprimé en provenance du conduit 14. Le panneau flexible 18 est fixé à la surface supé- rieure de la pale en une pluralité de points espacés le long de l'envergure de la pale ou d'une section de l'enver- gure de la pale. Sur la figure 1 la partie postérieure 22 du panneau 18 est fixée au moyen de deux vis senblables 24 et 26 vissées respectivement dans des organes de fixation 28 et qui sont bloqués en position sur la surface supérieure 32 du conduit 14. La partie antérieure 34 du panneau 18 est également reliée à la partie supérieure du conduit 14 mais cette liaison permet et commande la flexion du panneau sous l'influence de l'air comprimé dans le conduit 14. Une liai- -son par vis 36,une vis à filetage différentiel, permet d'établir la charge exercée par la partie antérieure du panneau 18 contre la surface de Coanda 16. Une liaison à vis 38 permet d'établir une limite du mouvement de la partie antérieure 36 en s'éloignant de la surface (fente ouverte) en réponse à la pression de l'air, et par conséquent une limitation de l'ouverture maximale de la fente 20. La figure 2 montre, d'une manière plus détaillée, la nature des liaisons à vis 36 et 38, la fente étant tota- lement ouverte. La liaison à vis 36 est constituée par un écrou 40 de réglage de précontrainte, une tige filetée de réglage à filet différentiel 42 et un organe de fixation 44. Chaque partie extrême de la tige de réglage 42 est filetée, ces deux parties extrêmes étant filetées dans le même sens. Toutefois le filetage de la partie extrême supérieure qui coopère avec le taraudage de l'écrou 40, un pas différent de celui du filetage de la partie extrême inférieure qui coopè- re avec l'organe de fixation 44. L'écrou 40 est fixé à la partie médiane 46 du panneau flexible 18 tandis que l'organe de fixation 44 est fixé à la surface supérieure 32 du con- duit d'air. Par suite des filets de pas différents sur la vis de réglage 42 on peut obtenir une commande relativement fine de la précontrainte exercée sur le panneau flexible 18. La liaison à vis 38 est constituée par une vis de réglage de limite 48 et un organe de fixation 50 qui est fixé à la surface 52 du conduit d'air. La vis de réglage de limite 48 s'engage librement dans un trou chanfreiné 54 ménagé à proximité du bord externe du panneau flexible 18 et la tête évasée 56 de la vis 48 est adaptée de manière à venir en contact avec la partie chanfreinée du trou 54. La position axiale relative de la vis de réglage de limite 48 assure' la limitation du mouvement du bord externe du panneau 58 en s'écartant de la surface de Coanda 16. L'emplacement de la vis 48 par rapport à la fente 20 doit être situé suf- fisamment en arrière par rapport à cette fente de manière à ne pas interférer sur l'écoulement de l'air à travers l'ou- verture de la fente. Lors de l'assemblage du panneau flexible sur la structure de la pale, on fixe en position, au moyen des vis 24 et 26, le panneau qui est réalisé en un matériau composi- te. On règle la tige filetée 42 de façon que la fente 20 soit fermée par suite de la position du bord 58 du panneau, puis on établit la précontrainte prévue devant s'exercer sur le panneau. Après que le bord 58 est venu en contact avec la surface 16, un réglage additionnel de la tige filetée 42 afin de déplacer le panneau 18 vers l'intérieur se traduit par une flexion de ce panneau le long de la zone 60 située entre la tige filetée 42 et la vis de fixation 24. L'épais- seur et les propriétés élastiques de cette zone du panneau à travers la couche de la structure composite sont conçus tout particulièrement pour permettre d'obtenir les caractéristi- ques de flexion désirées. La précontrainte est établie en mettant sous pression le conduit 14 et en ajustant la tige filetée 42 de telle façon que la fente 20 demeure fermée jusqu'à ce que la pression opérationnelle minimale désirée soit atteinte. Une fois que la précontrainte a été établie, on ajuste la position axiale de la vis de réglage de limite 48 de manière à déterminer l'ouverture maximale de la fente 20. Ceci est réalisé en augmentant la pression dans le conduit 14 au-deià de la pression opérationnelle minimale, jusqu'à la pression opérationnelle maximale désirée. L'accroisse- ment de pression amène la partie du panneau 18 qui se trouve vers le bord de la pale à fléchir en s'écartant de la surfa- ce de Coanda 16, le panneau fléchissant alors le long d'une zone 62 comprise entre les vis de réglage 36 et 38. L'épais- seur et les propriétés élastiques de cette zone 62 du pan- neau sont déterminés de même que pour la zone 60, afin de donner des caractéristiques de flexion désirées mais toute- fois différentes de celles de la zone 60. La vis de réglage 38 est ajustée dans la position de flexion qu'occupe le bord 58 lorsque la pression d'air dans le conduit se trouve avoir la valeur de la pression opérationnelle maximale. En fonctionnement, de l'air à une pression variable est fourni au conduit 14, au pied de la pale, et il passe ensuite, à travers des trous de ce conduit, tel que le trou 64 sur les figures 1 et 2, vers la fente 20. Par suite de la -précontrainte exercée sur la panneau 18, précontrainte qui est due à la liaison à vis 36 à filet différentiel, la fente demeure fermée jusqu'à ce que la pression de l'air dans le conduit 14 atteigne la pression opérationnelle minimale. Lorsque la pression de l'air dépasse cette valeur, le bord 58 se déplace en s'écartant de la surface de Coanda 16. De l'air comprimé commence alors à s'écouler à partir du con- duit sur la surface de Coanda. Lorsque la pression de l'air augmente, le bord 58 continue à s'écarter de la surface de Coanda jusqu'à ce que, au moment o la pression opération- nelle maximale est atteinte, un contact soit établit avec la tête évasée 56 de la liaison à vis 38. Une pression d'air supérieure ne peut provoquer un accroissement de l'ouverture de la fente 20. Le fonctionnement effectif de la fente 20 est repré- senté sur le diagramme de la figure 3 o DES est l'ouverture de fente maximale désirée, Po est le réglage de la pression de précontrainte et P1 est la pression à laquelle a lieu l'ouverture maximale. Le faible accroissement de l'ouverture de la fente qu'illustre le diagramme, lorsque la pression augmente au-dessus de la valeur P1, reflète la légère fle- xion du panneau 18 qui se produit à l'endroit du bord 58, vers l'extérieur à partir de la liaison à vis 38. La pente de la courbe entre les points Po et P1 est définie conformé- ment aux exigences de performance et elle est liée aux ca- ractéristiques de flexion de la zone 62 du panneau et elle peut être modifiée en fonction de ces caractéristiques. Dans la vue en plan de la figure 4 qui représente une pale de rotor construite suivant l'invention, la pale comportant un pied 66 et une pointe 68 comprend des pan- neaux flexibles 18 et 70 disposés respectivement à l'endroit de son bord d'attaque et de son bord de fuite. Le panneau 18 est fixé à la structure de la pale au moyen de rangées pa- rallèles de vis 24 et 26 situées vers l'intérieur à partir du bord d'attaque de la pale et le panneau 70 est fixé à cette pale au moyen de rangées parallèles de vis 72 et 74 situées vers l'intérieur à partir du bord de fuite de la pale. Une rangée de liaisons à vis 36 qui s'étend le long -d'une partie médiane du panneau 18, assure l'établissement d'une précontrainte de la fente en des endroits situés le long du panneau, et de la même façon une rangée de liaisons à vis 76, s'étendant le long d'une partie médiane du panneau , assure l'établissant d'une précontrainte de la fente en des endroits situés le long de la longueur du panneau. Les liaisons à vis 38 se trouvant le long du bord externe du panneau 18 permettent le réglage de l'ouverture maximale de la fente entre ce panneau et la surface de Coanda 16 consti- tuant le bord d'attaque et les liaisons à vis 78 s'étendant le long du bord externe du panneau 70 permettent le réglage de l'ouverture maximale de la fente entre le panneau et la surface de Coanda 80 formant le bord de fuite. Les panneaux 18 et 70 ne s'étendent pas nécessairement, comme il est illustré, sur la totalité de la longueur de l'envergure de la pale. Il peut y avoir un certain nombre de panneaux ad- ditionnels le long de l'envergure tel que le panneau 82 adjacent au panneau 18 et le panneau 84 adjacent au panneau 70. Une raison principale pour une contruction à plusieurs panneaux est de permettre le remplacement aisé de sections de panneau dans le cas d'usure ou de dommages. La distance, dans la direction de l'envergure, entre les vis adjacentes dépend de leur effet sur l'écoulement de l'air à travers la fente ainsi que de l'air comprimé agissant sur les panneaux. REVENDICATIONS i.- Une paie de rotor pour un aéronef utilisant un système de rotor à commande de circulation d'air cette pale de rotor (10) présentant une surface de Coanda (16) le long d'un bord de la pale et un conduit (14) dans la pale (10) pour contenir de l'air comprimé, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (18) coopérant avec la surface de Coanda (16) pour définir une fente (20) le long du bord de la pale, fente à travers laquelle l'air comprimé en provenance du conduit (14) peut être déchargé, ces moyens (18)qui coopé- rent avec la surface de Coanda (16) comportant des moyens à double flexion (60,62) associés à des moyens pour établir une pression d'air minimale pour l'ouverture de la fente (20) et pour limiter la dimension maximale de cette fente (20). 2.- Une pale de rotor suivant la revendication 1 caractérisée en ce que la fente (20) s'étend le long de la surface supérieure de la pale (10). 3.- Une pale de rotor suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens coopérant avec la surface -de Coanda (16) sont constitués essentiellement par un pan- neau rectangulaire (18). 4.- Une pale de rotor suivant la revendication 3 caractérisée en ce que le panneau (18) est attaché à la pale (10) le long d'un bord de ce panneau et le bord opposé de ce panneau commande la dimension de la fente (20). 5.- Une pale de rotor pour un aéronef utilisant un système de rotor à commande de circulation d'air ayant, le long d'une partie de son envergure, une section de bord constituée par une surface de Coanda (16), un conduit (14) logé dans cette section de bord pour fournir de l'air com- primé destiné à être déchargé au voisinage de la partie supérieure de la surface de Coanda (16), afin de s'écouler autour de la face externe de la surface de Coanda (16), et un panneau flexible (18) pour commander la décharge de l'air comprimé, ce panneau (18) comportant un premier bord (22) fixé rigidement à la surface externe supérieure de la sec- tion de bord et un second bord (58) définissant, avec une portion supérieure de la surface de Coanda (16), une fente (20) s'étendant dans la direction de l'envergure, fente à travers laquelle l'air comprimé est déchargé, le panneau (18;70,82,84) comportant également des premiers moyens de flexion (60) associés à des premiers moyens pour établir une précontrainte sur le second bord (58) du panneau, de telle façon que la fente (20) soit fermée jusqu'à ce qu'une pression minimale de l'air dans le conduit soit atteinte, et des seconds moyens de flexion (62) associés à des seconds moyens pour limiter le mouvement du second bord (58) du panneau en réponse à la pression de l'air dans le conduit, de manière à déterminer une ouverture maximale de la fente. 6.- Une pale de rotor suivant la revendication 5 caractérisée en ce que les moyens établissant la précon- trainte comportent des moyens de réglage (36;76) à filet différentiel. 7.Une pale de rotor suivant la revendication 5 caractérisée en ce que les moyens limitant le mouvement comportent une vis de réglage (38;78). 8.- Une pale de rotor suivant la revendication 5 caractérisée en ce que les moyens établissant la précon- trainte et les moyens limitant le mouvement sont des moyens de réglage (36,38;76,78) et ces moyens de réglage sont dis- posés en rangées espacées s'étendant dans la direction de l'envergure, le long de la pale de rotor. 9.- Une pale de rotor suivant la revendication 5 caractérisée en ce que les moyens établissant la précon- trainte comportent des moyens de réglage (36,76) disposés au voisinage de la partie médiane du panneau flexible (18), entre les premier et second bords du panneau, et les moyens limitant le mouvement comportent des moyens de réglage (38;78) entre les premiers moyens et le second bord du panneau flexible. 10.- Une pale de rotor suivant la revendication 5 caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de pan- neaux flexibles (18,70,82,84) le long de son envergure, chacun de ces panneaux comportant des moyens d'établissement d'une précontrainte et de limitation du mouvement (36,38;76,78). 11.- Une pale de rotor suivant la revendication 5 caractérisée en ce que les moyens établissant la précon- trainte comportent des moyens à filetages différents (36;76) de même sens mais de pas différents. 12.- Une pale de rotor suivant la revendication 5 caractérisée en ce que les premiers moyens de flexion comportent une zone de longueur d'un panneau composite ayant une épaisseur et une constitution spécifiques afin de four- nir des caractéristiques de flexion désirées et les seconds moyens de flexion comportent une zone de longueur d'un pan- neau composite ayant une épaisseur et une constitution spé- cifiques différentes afin de fournir des caractéristiques de flexion différentes de celles des premiers moyens de fle- xion.