Brevet FR2627149A1 — publié le 19890818

- Paze 1. - Pale d'Hélice avec Pas-Variable d'une Action à un Lien Auto-Deformable. La présente invent:ion concerne les rotors mais pas uniquement ceux utilisés dans l'aviation. Il est bien connu que le rendement des hélices, notamment dans l'aviation légère, est très mauvais. Une hélice classique, bi-pale et de pas fixe, n'a un rendement que de 60 %, couplé avec un rendement de 25 à 30 % pour les moteurs à explosion utilisés, et il n'y a donc qu'environ 15 % de la puissance de l'énergie qui sont alors utilisés. Une amélioration est obtenue en utilisant des hélices & pas-variable, pour obtenir une meilleure accélération au décollage et une économie de carburant en vitesse de croisière. Il y a deux moyens connus au- Jourd'hui pour l'utilisation de ce changement de pas. La première méthode est l'électro-hydraulique qui ajuste l'angle d'incidence des pales en vol. Ce système n'est pas utilisable dans les avions de petite et moyenne taille, compte tenu de son c5ut et de sa complexité, sans parler de son poids inutile. Or 95 % des avions sont de petite taille, et par conséquent, ns sont pas équipés d'un tel sys- tème. La seconde méthode connue provient des effets avantageux obtenus avec des pales incurvées, et en flèche, vers l'arrière de la rotation. Comparaisons avec les sabres incurvés des Turques, ces hélices sont connues sous l'appelation cimeterre. La construction toutefois de ces hélices est complexe et délicate. Elles requièrent donc beaucoup de temps, et la maitrise de son degré de flexibilité, liée à des équili- brages répétitifs avant chaque vol, fait que cette technique est tom- bée en désuétude. - 2.- 2627149 La présente invention comprend un rotor équipé de pales desti- nées à produire un écoulement de fluide ou à être entraînées par un fluide. Chaque pale est reliée à l'arbre d'hélice par un lien flexible qui comprend une ou plusieurs plaques montées perpendiculaires à l'a- xe de l'arbre. Elles facilitent ainsi un mouvement de torsion limité des pales autour de leurs axes longitudinaux, en réponse aux forces de torsion produites suivant l'interaction des pales avec le fluide. Le lien flexible comprend une ou plusieurs plaques montées on sand- wich avec des couches de matériaux non-compressibles. Afin d'optimi- ser la déformation des plaques, un maillon peut être fixé pour serrer l'ensemble à une distance choisie de l'arbre. Puisque les pales sont rigides, en utilisant ce dispositif le degré de flexibilité des pla- ques varie, s'adaptant ainsi à toutes configurations de vol. Les pales sont reliées de façon à avoir un angle de trainée par rapport à la ligne radiale perpendiculaire à l'arbre. L'utilisation des fentes pour les boulons du moyeu, rend réglable la position des plaques. Chaque pale est équipée de son propre jeu de plaques. Une fois montées sur l'arbre d'hélice, ces plaques sont interposées de façon à ce que chaque pale soit décallées d'au moins liépaisseur d'une plaque. L'utilisation de ce montage permet d'utiliser plusieurs pales identiques. De telles pales, sortant d'un même moule évitent des équilibrages répétés. D'autres avantages de l'invention ressortiront de la description, qui va suivre, en prenant pour exemple une hélice bipale d'aviation. Se référer au dessin joint sur lequel: La figure 1. montre les 18 environ entre les axes de la pale et ceux des plaques. La figure 2. montre en coupe longitudinale, le détail du lien déformable. Pour des raisons de clarté 4 des b boulons du moyeu ont été omis. Fig. 1: 85 % d'une pale (12) classique, rigide et sans moyeu, sont représentés. Ce lien étant le dispositif auto-aéfor- mable aécrit en Fig. 2 (10). Ces plaques 14,28) d'une forme demi- haltère représentent i5 p de la distance entre l'axe (10) et l'extré- mité de la pale (12). La liaison pale (12)/plaques (14,28) est assu- rée par 5 boulons (22). La pale est construite aussi rigide que pos- sible et il n'est plus nécessaire de décrire la courbe traditionnelle d'une hélice cimeterre - donc encore un des problèmes résolus. L'an- gle de trainée proposé est d'environ 18 degrés, et une augmentation de cet angle accroissera les forces de torsion dans la plaque défor- mable (14 et 28). Une telle pale entraînera un angle d'incidence moins grand, efficace pour décoller et accélérer avec un taux de mon- tée optimal, mais dont l'économie de carburant et la vitesse en vol diminueront. Voir fig. 1: les fente 1&20) pour cette augmentation d'angle. La plaque (14) est attachée aux autres, et à l'arbre du moteur par les 6 boulons (16,18) du moyeu dans le montage classique. Les troLs1%)les plaques (14,28) travers lesquels 5 des 6 boulons passent, sont des fentes haricot 120). Le trou du 6eme boulon (16), situé le plus près de la pale, restera circulaire, sans modification. Ce boulon (16) est dit: boulon-maitre de la pale choisie. Déserrant les 6 boulons (16,18), le Jeu de plaques (10) pourra être déplacé en rotation, autour du boulon-maitre, pour une augmentation de l'angle 0 de traînée d'environ 8 degrés. La pale travaille donc avec un nouvel angle de 26 degrés, si besoin est. Aprés les essais en vol, et la mise au point de l'hélice, ces fentes doivent être bouchées par un matériau dur, pour assurer un angle de trainée invariable après un choc (oiseau ou autre obstacle. et5 utilisant cette nouveauté comme moyeu, de 1 à 6 pales identiques pourront Stre choisies pour l'hélice; toutefois l'utilisation de i ou 5 pales nécessitera un équilibrage. Chacune des pales (12) est équipée d'un Jeu de plaques (10) en forme de demi-haltère. Ces jeux, auto-déformables, sont montés interposés et échelonnés sur l'arbre (32) avec le tassement (34) coupé au fur à mesure. Donc chaque pale est déplacée vers l'arrière par l'épaisseur d'au moins une seule pla- que: - Un déplacement d'environ 3 mm. voir jeu (36) sur la figure 2 qui représente la pale (omise) opposée. Bien entendu, chaque jeu- moyeu aura besoin de son propre boulon-maitre (16). Les couches des plaques et des tassements forment'le moyeu, et sont tenues en sandwich entre le disque de montage du vilebrequin (32) et le disque du couple de traction(30). 4Auour de la saillJ en couches, entre le moyeu l10) et l'atta- chement de la pale (12), un maillon de serrage (-4) est installé, et tenu, par 2 boulons (26). En serrant les couches ensemble, la sou- plesse est effectivement limitée aux parties extérieures du maillon. Déplacer le maillon (24) vers l'intérieur augmentera la flexibi- lité. Dès que le maillon (24) est à proximité du moyeu (10), il de- vient inutile, et peut être enlevé. Pendant les essais, les dents sur la surface glissante de ce maillon (24), doivent bloquer sa position. Une fois la bonne position acquise, un troisième uoulon, de petite dimension, doit tre installé pour perforer le maillon-y-compris le jeu. Mais le moyen principal pour maitriser la flexibilité des ces Jeux déformables réside dans le choix des plaques. Interchangeables, plates et faciles à couper, ces plaques peuvent être en matériau composite, ajustables en longueur, épaisseur et largeur. Les plaques étant positionnées prés de l'axe de rotation, les erreurs de coupe et les équilibrages seront facilement rectifies. Apres ce travail d'installation dans le hangar, les modifications de la souplesse sont toujours possibles dans le champ d'envol, par aJustement de la posi- tion du maillon ou de l'angle de trainée variable. bien visible lors du départ d'un hélicoptère, l'effet du cone sur le disque d'une hélice est très important pour la compréhension du principe décrit ci-dessous: Pour l'accélération au sol et le décollage, il n'y a que très. peu d'écoulement d'air. Le couple, à son maximum, fourni par le mo- teur, produit sur les extrémités des pales, un effet de "cone-age" vers l'avant. Ce faisant, l'angle d'incidence de la pale décroit. Mais, en vitesse de croisière, lorsque le moteur est réduit vers la moitié de son régime, l'opposé est à remarquer. ce "'cone-age"' est alors vers l'arrière de l'avion, poussé en effet par l'écoulement puissant de l'air. Ce mouvement vers l'arrière des bouts de pales, se traduit par un plus grand angle d'incidence établi par la pale. Donc les pales fournissent une traction plus élevée pour un régime du moteur. Dans un avion équipé d'un tel dispositif, le pilote a à sa dis- position deux moyens pour changer l'angle d'incidence. Un changement immédiat peut être obtenu en modifiant le régime du moteur. Un chan- gement légèrement retardé est obtenu par le contrMle de la vitesse: suivant un changement d'altitude rapide. De cette mLanière, les pales s'ajustent automatiquement vers i'angle d incidence optimum, permet- zant une meilleure efficacité, une économie non-nAgliieable et une vitesse de déplacement pus mportante. Cec_ correspond exactement aux avantages existants depuis un siècle, offert par une boite de vitesse d'automobile. En plus, cette percée technique introduit 3 avantages: boite de vitesse, boite de vitesse automatique pour ré- suter sur une boite de vitesse à réglage variable: "variomatique'". S'adressant a la dynamique des fluides en général, ce mécanisme dé'ormable pour les systèmes à rozor, a ce nombreuses autres applica- tions possibles, telles que 'a propulsion marine, les moteurs à reac- teon ou les hélices motorisées par raction (prcp-ans). I1 et va de m me pour le pompage des gaz et des iiqu-des. A l'nverse, il est également possible d'utiliser cette invention dans la production d'énergie par le vent ou par l'eau. REVENDICATIONS 1) Dispositif tournant destiné à assurer le déplacement d'un corps dans un fluide ou à être entrainé en rotation par un fluide sous pres- sion et du type comprenant un moyeu ou une roue calée sur un arbre de commande, et qui est muni d'au moins une pale radiale évoluant dans ledit fluide. Dispositif basé sur la technique des hélices cimeterre (pales incurvées vers l'arrière) caractérisé en ce qu'il comprend un montage auto-déformable, et actionné par la force de torsion produite par une pale montée en trainée. 2) Dispositif tournant suivant la revendication 1, et caractérisé en ce que le ou les liens qui forment le moyeu sont facilement aJus- tables dans leurs qualités de souplesse au moyen des différents maté- riaux utilisés (fibres/composite) par exemple et ces liens en plaques pouvant être modifiés en épaisseur, largeur et longueur. 3) Dispositif tournant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ajustement précis de la flexibilité de la saillie du lien. est obtenue à l'aide d'un maillon aJustable. 4) Dispositif tournant suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la force de torsion produite dans la saillie du lien par la pale montée en trainée, est variable suivant l'angle de trainée choi- si pour l'axe du lien amovible. ) Dispositif tournant suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs pales d'hélice sont montéessur le même axe de l'arbre. 6) Dispositif tournant suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les pales sont montées décallées dans le moyeu. La distance entre chaque pale étant d'au moins l'épaisseur d'une plaque.