Brevet FR2654410A1 — publié le 19910517

La présente invention concerne un mécanisme de commande du passage d'air à l'intérieur des pales de rotor d'un rotor à commande de circulation d'air, tel que celui qui est utilisé sur un aéronef du type à voilure en X. Un aéronef à voilure en X est un aéronef à voilure rotative qui utilise un rotor/voilure rigide comportant des profils aérodynamiques symétriques à commande de circulation d'air Le rotor est entraîné mécaniquement et les pales du rotor fonctionnent essentiellement avec un pas cyclique fixe. Le rotor peut tourner, comme dans le cas d'un hélicoptère, ou bien il peut être arrêté dans une position afin d'agir comme une voilure fixe Une commande collective et cyclique est réalisée en commandant une circulation d'air autour des profils aérodynamiques des pales du rotor Ceci est réalisé en soufflant de l'air comprimé dans des conduits du bord d'attaque et du bord de fuite, prévus dans les pales du rotor, et en modulant la quantité d'air sous pression éjectée à travers des fentes s'étendant dans le sens de l'envergure sur les bords d'attaque et de fuite. Le rotor existant pour un aéronef du type à voilure en X comporte un moyeu auxquelles sont reliées des pales de rotor, et un dispositif pneumatique pour fournir de l'air séparément au bord d'attaque et au bord de fuite des pales individuelles du rotor, à une pression désirée et avec un débit massique désiré Le dispositif pneumatique comporte un compresseur, un dispositif d'alimentation en air fixe pour conduire l'air sous pression vers une chambre de tranquilisation et le rotor, et un ensemble rotatif de distribution d'air sous pression Dans les dispositifs connus actuellement un dispositif de vanne circulaire est utilisé pour commander le flux de l'air à partir de la chambre de tranquilisation en direction des conduits du dispositif de distribution rotatif. Le dispositif de vanne commandant la distribution de l'écoulement de l'air en direction des pales du rotor, dans un rotor à commande de circulation d'air, est relativement complexe et par conséquent il a une influence sur la fiabilité En outre il ajoute du poids à l'aéronef Par ailleurs deux facteurs additionnels dominent l'efficacité du dispositif, à savoir en premier lieu l'établissement du moyenne du débit d'air en direction des pales du rotor autour de l'azimut du dispositif et en second lieu un retard dans le transport de l'air entre les actionneurs du dispositif de vanne et les surfaces de commande à fentes s'étendant suivant l'envergure. En ce qui concerne le facteur d'établissement d'une moyenne du débit d'air, un conduit récepteur prévu dans l'ensemble de distribution se trouve être en communication avec aux moins trois conduits d'alimentation du dispositif de vanne, à savoir un complet et deux partiels, à n'importe quel incrément de temps La commande optimale du flux d'air se présente sous la forme d'une onde sinusoïdale mais l'établissement d'une moyenne se traduit par une forme d'onde qui est seulement une approximation d'une onde sinusoïdale. Il en résulte que la fidélité de la reproduction d'une forme d'onde désirée est compromise. En ce qui concerne le retard du transport de l'air, la réponse de la commande de l'aéronef est une fonction des composants cyclique et collective du vecteur de portance agissant sur le disque du rotor Etant donné que ces vecteurs de commande de force sont produits par les fentes de commande de circulation d'air s'étendant le long des bords d'attaque et de fuite de la pale du rotor, une commande optimale peut être obtenue en fournissant instantanément le flux d'air désiré vers les fentes Puisque l'air est un fluide compressible et que les conduits de répartition introduise une chute de pression notable, il en résulte un retard dans le transport de l'air vers les fentes, ce qui altère la réponse de la commande du système. Par conséquent un but de la présente invention est de fournir un dispositif de commande/distribution d'air pour un rotor à commande de circulation d'air présentant une fidélité meilleure par rapport à une forme d'onde et une réponse de la commande accrue. Un autre but de l'invention est de supprimer le dispositif de vanne prévu dans le mécanisme typique de commande de décharge d'air dans un rotor à contrôle de circulation d'air et la prévision d'un système mécanique, hydraulique ou électrique qui fournit instantanément le flux d'air désiré en direction des fentes de commande de circulation d'air dans les pales du rotor. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en plan d'un aéronef du type à voilure en X, à commande de circulation d'air. La figure 2 est une vue schématique moitié en coupe axiale, moitié en élévation, du moyeu du rotor de l'aéronef de la figure 1, cette vue montrant la chambre de tranquilisation pour le stockage de l'air. La figure 3 est un schéma montrant un dispositif de commande pneumatique, commandé par des actionneurs électriques, pour un aéronef à commande de circulation d'air. La figure 4 est une vue en coupe transversale d'une pale de rotor d'un aéronef à commande de circulation d'air, cette vue montrant le mécanisme actionné par cames pour la commande d'une fente. La figure 5 est une vue partielle dans le sens de l'envergure montrant la pale de la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe transversale partielle d'une pale de rotor à commande de circulation d'air utilisant un actionneur de fente du type tubulaire. La figure 7 est une vue en élévation partielle de l'actionneur tubulaire de fente de la figure 6. La figure 8 est une vue en coupe transversale partielle d'un actionneur de commande de fente du type came/bielle. La figure 9 est une vue en perspective d'une pale de rotor à commande de circulation d'air utilisant une surface inclinée pour la commande de la fente. La figure 10 est une vue en coupe transversale de la pale de rotor de la figure 9. La figure 11 est un diagramme illustrant la variation de la portance en fonction du rapport de pression dans le cas de dispositifs de commande de fente suivant la technique antérieure. La figure 12 est un diagramme donnant la variation de la portance en fonction de l'ouverture de la fente dans le cas d'un dispositif de commande de fente suivant l'invention. L'aéronef représenté sur la figure 1 comporte un fuselage 10 au sommet duquel est monté un rotor 12 comportant quatre pales 14 et un moyeu 16 Les pales 14 sont des profilés aérodynamiques à commande de circulation d'air, chaque pale comprenant des fentes de bord d'attaque et de bord de fuite à travers lesquelles est éjecté de l'air comprimé provenant d'un système pneumatique fournissant l'air aux pales La commande est obtenue en modulant cycliquement et collectivement la quantité du débit d'air éjecté Dans certaine conditions de vol, par exemple lors de l'atterrissage et du décollage, le rotor tourne alors que dans d'autres conditions de vol, par exemple dans le cas d'un vol vers l'avant, le rotor est stationnaire et il est arrêté ou fixé dans la position représentée. Dans un aéronef à commande de circulation d'air typique, le dispositif d'alimentation en air comporte un compresseur fournissant de l'air sous pression à un ensemble distributeur Ainsi qu'il est représenté sur la figure 2, cet ensemble comprend une chambre annulaire 18 ayant un orifice d'entrée d'air 20 monté sur une structure 22 du fuselage de l'aéronef et entourant l'arbre d'entraînement 24 du rotor principal, en dessous du plan du disque de ce rotor Une chambre annulaire rotative 26 est montée sur une bride 28 et elle tourne conjointement avec l'arbre d'entraînement du rotor, au-dessus de la chambre fixe 18 Des conduits récepteurs 30 fournissent de l'air sous pression, à partir de la chambre rotative 26, vers les extrémités de base 32 des pales 14 du rotor et dans des chambres de tranquilisation, s'étendant suivant l'envergure, qui sont prévues dans des bords d'attaques et de fuite, non représentés, des pales du rotor Suivant une variante la totalité de l'intérieur de chaque pale peut servir en tant que chambre de tranquilisation de la pale L'air est soutiré ou déchargé à partir de la chambre de tranquilisation, s'étendant suivant l'envergure, en passant à travers des fentes s'étendant suivant l'envergure qui sont prévues le long des bords d'attaque et de fuite, en passant par-dessus une surface à effet Coanda sur la pale Dans le système de distribution d'air suivant l'invention une pression d'air généralement constante est prévue à tous les instants à l'intérieur des chambres de tranquilisation des bords d'attaque et de fuite. La figure 3 représente schématiquement un dispositif de commande pneumatique, commandé par des actionneurs électriques, suivant l'invention Des ordinateurs de commande de vol 38 reçoivent des signaux d'entrée en provenance d'une commande collective du pilote 40 et d'une commande cyclique du pilote 42, ainsi que des signaux d'entrée liés à la détection de vibrations de l'aéronef, en provenance d'un calculateur 44 de commande des harmoniques élevés, ainsi que des signaux d'entrée 45 dépendant de la stabilité du vol, tels que des signaux de gyromètres, accéléromètres, etc. Des signaux provenant des ordinateurs de vol sont transmis, par l'intermédiaire de commandes d'actionneurs et d'un ensemble à bagues glissantes 50 dans l'arbre d'entraînement du rotor (non représenté), en direction d'actionneurs rotatifs 52 prévus dans les extrémités de base des pales 14 Chaque actionneur rotatif commande la position en rotation ou la position dans le sens de l'envergure d'un organe du type tige 54, s'étendant suivant l'envergure de chaque pale, à l'intérieur de celle-ci, et supporté dans les chambres de tranquilisation des bords d'attaque et de fuite de la pale Chaque organe du type tige, S 'étendant dans le sens de l'envergure, est construit de telle façon que son mouvement fasse varier et commande l'aire de l'ouverture de décharge de l'air le long du bord d'attaque ou de fuite de la pale L'énergie électrique pour le dispositif de commande est fournie par la source d'énergie électrique 58 de l'aéronef. La commande de l'organe du type tige s'étendant suivant l'envergure pourrait être assuré par un actionneur hydraulique à la place de l'actionneur électrique préféré. Ceci serait le plus pratique si la puissance hydraulique était produite du côté rotatif du système de l'aéronef, afin d'éviter le transfert de fluide/puissance hydraulique à travers l'interface partie fixe/partie rotative La commande mécanique de l'organe du type tige s'étendant suivant l'envergure pourrait être réalisée par l'intermédiaire d'un dispositif du genre plateau oscillant semblable aux commandes actuelles du rotor, mais avec des charges notablement réduites du fait du seul contrôle des fentes. Sur la figure 4 qui représente une vue en coupe transversale d'une pale du rotor, on peut voir des arbres et des cames prévues pour l'actionnement des fentes La pale de rotor 60 comporte, dans ses bords d'attaque et de fuite, un arbre 62 s'étendant suivant l'envergure et portant une pluralité de cames 64, une seule d'entre elles pouvant être vue sur chaque arbre Ces cames font varier, par flexion, la position de panneaux flexibles s'étendant suivant l'envergure, lesquels peuvent être fixés à la pale d'une manière semblable à la construction illustrée dans les brevets U S 4 626 171 et 4 770 607 Dans la construction illustrée présentement des panneaux 66 sont fixés à la pale, au moyen de vis 68, le long de leurs bords internes, et leur bord externe est libre de se déplacer par rapport à une surface à effet Coanda 70 avec laquelle il forme une fente à ouverture variable Une vis 72 est utilisée pour permettre d'établir une précontrainte s'exerçant sur le panneau Un poussoir 74 est en contact, à son extrémité supérieure, avec le bord externe du panneau et son autre extrémité est en contact avec la surface de la came 64 sur laquelle elle glisse Un ressort de rappel 76 maintient le poussoir 74 en contact avec la surface de la came 64 Une portion de l'envergure d'une pale 60 est représentée sur la figure 5. L'arbre 62 est fixé, à l'endroit de l'extrémité de base de la pale, à un actionneur rotatif 78 et il porte une pluralité de cames 64 espacées le long de son axe Deux panneaux flexibles 80 et 82, prévus pour la commande de fentes, sont représentés, bien que la longueur et le nombre des panneaux relèvent uniquement d'un choix de modèle Chaque panneau tel que représenté est soumis à une flexion sous l'action de l'arbre et des cames. A la place de la construction du type à arbres et cames représentée sur les figures 4 et 5, pour actionner les panneaux flexible et ajuster l'ouverture de la fente, on peut utiliser des tubes cylindriques ayant des surfaces de came appropriées, ainsi qu'il est représenté sur les figures 6 et 7 Cette construction assure une action de came directe sur la structure formant la fente de la pale du rotor Sur la figure 6 un tube cylindrique 84 s'étend dans la direction de l'envergure, à l'intérieur du bord d'attaque ou du bord de fuite d'une pale 86 Un certain nombre de surfaces de cames 88 sont disposées, à des intervalles prédéterminés, le long de l'axe du tube Ceci est représenté sur la figure 7 Les surfaces de cames sont en contact direct avec un panneau flexible 90 (figure 6) présentant une lèvre 92 qui définit, conjointement avec une surface à effet Coanda 94, une fente 96 pour la décharge d'air sous pression à partir d'une chambre de tranquilisation 98 de la pale La rotation du tube 84 et de la surface de came 88 entraîne une augmentation ou une diminution de l'aire de la fente 96 et du débit d'air sur la surface à effet Coanda. Une variante de construction pour une commande de fente utilisant un arbre rotatif est représentée sur la figure 8 Une pale de rotor 100 comporte une portion marginale 102 contenant un arbre 104 s'étendant suivant l'envergure Cet arbre est relié, à l'extrémité de base de la pale, à un actionneur rotatif tel que l'actionneur 52 de la figure 3 L'arbre 104 est supporté, à des intervalles le long de l'envergure de la pale, par exemple au moyen de boîtiers de paliers 106 Une pluralité de cames, telles que la came 108, sont espacées suivant la longueur de l'arbre Chaque came est connectée, par une bielle 110, au bord interne d'un panneau flexible 112 s'étendant suivant l'envergure Le bord externe de ce panneau 112 est fixé à la structure de la pale du rotor, par exemple au point 114 adjacent à une surface 116 à effet Coanda, de telle façon que la surface supérieure du panneau se raccorde à la surface à effet Coanda Le panneau 112 définit, conjointement avec une lèvre 118 prévue sur la surface supérieure de la pale du rotor, une fente 120 L'aire de passage de cette fente est déterminée par la position des cames 108 et la rotation de ces cames provoque un soulèvement ou un abaissement du panneau flexible 112, par flexion de ce panneau, afin de diminuer ou d'augmenter corrélativement l'aire de passage de la fente. Une construction quelque peu différente d'une commande de fente est représentée sur les figures 9 et 10. Cette construction utilise une surface inclinée pour faire varier la géométrie de la fente Ainsi qu'il est représenté sur la figure 9, une barre d'entraînement 122 qui s'étend dans la direction de l'envergure d'une pale de rotor 124, est soumise à un mouvement alternatif dans la direction de l'envergure, en réponse à des actions de commande de décharge d'air en provenance d'un actionneur 126 logé dans l'extrémité de base de la pale de rotor La barre d'entraînement 122 soulève ou abaisse, par une action de came, la surface interne d'un panneau flexible 128, afin de faire varier l'aire de passage de la fente de la pale, ainsi qu'il est exigé pour la commande du flux d'air La barre d'entraînement 122 a une section de forme générale en U et elle chevauche un rail 130 logé dans la pale La barre d'entraînement 122 est reliée au rail 130 par une série d'ergots 132 qui passent à travers des ouvertures 134 formant cames percées dans le rail 130. La force centrifuge intervient pour déplacer la barre d'entraînement 122 en direction du bout de la pale Ainsi cette structure est toujours sous tension pendant le fonctionnement et puisqu'il n'y a pas inversion de charges il n'y a ni déflexion ni hystérésis On peut également utiliser une structure de plus faible poids Alors que la résolution de la différence entre les charges centrifuges et les charges de l'air, dans une installation particulière, détermine la façon qui est préférable, les ouvertures formant cames peuvent être conformées de manière à amener la barre d'entraînement à s'élever ou à s'abaisser sous l'effet de la force centrifuge Les ouvertures 134 formant cames, telles que représentées, sont disposées de telle façon qu'un mouvement de la barre d'entraînement 122 en direction du bout de la pale du rotor se traduise par un abaissement de cette barre et une ouverture des fentes de la pale, alors qu'un mouvement de la barre d'entraînement 122 en direction de la base de la pale se traduit par une élévation de la barre 122 et une fermeture des fentes de la pale. La figure 10 est une vue en coupe transversale de la pale de rotor 124 de la figure 9 et elle montre la fente de la pale à la fois en position ouverte et en position fermée. Du coté droit de la pale, la barre d'entraînement 122 est représentée en appui sur le rail 130 qui constitue une partie de la structure interne de la pale La barre d'entraînement 122 comporte une portion de tête 136 qui est généralement entourée par une lèvre 138 prévue sur le panneau flexible 128 Ce panneau est une partie de la surface marginale de la pale de rotor et il constitue la surface à effet Coanda. L'autre extrémité du panneau flexible est fixée rigidement à une surface marginale 140 de la pale Le mouvement de la barre d'entraînement 122 dans la direction de l'envergure, en glissant le long du rail et à l'intérieur de la lèvre 138, entraîne une variation de la position de cette lèvre et de l'aire de passage de la fente 142 Dans la position représentée la fente est ouverte. Du côté gauche de la pale une barre d'entraînement 144 est représentée en position sur un rail 146 Une portion de tête 148 prévue sur la barre d'entraînement 144 est entourée d'une manière générale par une lèvre 150 prévue sur un panneau flexible 152 L'autre extrémité de ce panneau flexible est fixée rigidement à une surface marginale 154 de la pale Dans la position représentée la fente 156 est fermée. Avec la construction d'une pale suivant la présente invention on obtient une pression d'air généralement constante, à tous les instants, dans les chambres de tranquilisation des bords d'attaque et de fuite, ce qui assure une fiabilité améliorée pour le dispositif Un dispositif de sécurité à l'égard d'une surpression peut être prévu à n'importe quel endroit dans l'ensemble, par exemple au bout d'une pale, afin d'empêcher la formation d'une pression excessive. Puisque les fentes s'étendent sur une distance finie suivant l'envergure de la pale, la pression de l'air tend à chuter en direction du bout de la pale lorsque de l'air se trouve être en train d'être déchargé à travers la fente. Cette chute de pression peut être compensée par une conformation appropriée des surfaces de came agissant sur les panneaux flexibles, tels que 66,90,112,128 et 152, commandant les fentes Cette adaptation des formes des surfaces de came peut donner une répartition uniforme de l'air ou tout autre mode de répartition de l'air en fonction de considérations aérodynamiques De même des variations de l'aire de la section transversale de la chambre de tranquilisation, contenant l'air dans une pale, peuvent étre utilisées pour déterminer les caractéristiques du débit d'air et de la décharge de l'air à travers les fentes de la pale. Un avantage essentiel lié au dispositif suivant l'invention est son aptitude à la commande de la portance dans la zone à faible portance (virtuellement à partir de zéro), puisque la précontrainte exigée de la fente ne produit pas une bande morte de pression lors de l'ouverture initiale. Le dispositif suivant l'invention ainsi que les dispositifs connus antérieurement comportent tous une précontrainte de la fente afin d'éviter une ouverture aérodynamique indésirable du bord d'attaque lorsque la pression externe de la pale diminue par suite d'une augmentation de la vitesse et de l'altitude Avec les dispositifs connus antérieurement, ainsi qu'il est illustré sur la figure 11, les fentes s'ouvrent pour un niveau de pression de commande, à la base de la pale, d'environ 1,3 bar et elles présentent une commande approximativement proportionnelle au débit pour une pression jusqu'à environ 2,4 bars Cette double fonction d'ouverture et de commande de la fente de passage d'air se traduit par une portance notable immédiatement après que le niveau de pression d'ouverture a été dépassé La commande directe de l'ouverture de la fente, au moyen d'un actionnement par une came, ainsi que représenté sur la figure 12, permet une commande indépendante de la position de la fente et de la pression/débit d'air, ce qui produit ainsi une modulation de la portance virtuellement jusqu'à zéro. REVENDICATIONS 1. Système à rotor à commande de circulation d'air pour un aéronef comportant un arbre ( 24) d'entraînement du rotor ( 12) avec des pales de rotor ( 14) reliées à cet arbre, un système de commande du rotor et un système pneumatique pour fournir de l'air comprimé à ces pales de rotor ( 14), ce système pneumatique comportant des moyens ( 18,26) de stockage d'air pour recevoir l'air comprimé et pour le fournir aux pales du rotor, caractérisé en ce que chacune des pales ( 14) du rotor comporte une fente variable ( 96,120) le long d'au moins une portion d'un bord, définie par un panneau flexible ( 66,90,112), et il comporte, à l'intérieur dudit bord de la pale, des moyens ( 62,84,104) d'actionnement de la fente, s'étendant dans la direction de l'envergure, des moyens ( 78), prévus à l'extrémité de base de la pale ( 60), pour déplacer les moyens ( 62,84, 104) d'actionnement de la fente en fonction de signaux d'entrée provenant du système de commande du rotor, et des moyens ( 64,88,108,110) associés aux moyens ( 62,84,104 > d'actionnement de la fente pour provoquer la flexion du panneau flexible ( 66,90,112) et la variation de l'aire de passage de la fente ( 96,120). 2. Système à rotor à commande de circulation d'air pour un aéronef suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les signaux d'entrés du système de commande du rotor sont fournis par des commandes cyclique ( 42) et collective ( 40) et par des capteurs de stabilité ( 45) et de vibration ( 44) de l'aéronef. 3. Système à rotor à commande de circulation d'air pour un aéronef suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'actionnement de la fente sont constitués par un tube cylindrique ( 84) portant une pluralité de surfaces de came ( 88) réparties sur sa longueur, à des intervalles prédéterminés, pour faire varier l'aire de passage de la fente ( 96). 4 Système à rotor à commande de circulation d'air pour un aéronef suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'actionnement de la fente comportent un organe ( 122) animé d'un mouvement alternatif et des surfaces inclinées ( 134) pour faire varier l'aire de passage de la fente. 5. Système à rotor à commande de circulation d'air pour un aéronef suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la fente variable ( 96, 120), le panneau flexible ( 66,90,112), les moyens ( 62,84,104) d'actionnement de la fente et les moyens ( 78) de déplacement des moyens d'actionnement sont disposés à la fois le long du bord d'attaque et le long du bord de fuite de chaque pale. 6. Système à rotor à commande de circulation d'air pour un aéronef suivant la revendication 1 caractérisé en ce que de l'air est fourni à une pression généralement constante à l'intérieur des pales ( 14) du rotor, afin d'être déchargé à travers la fente variable ( 96,120), en fonction de l'aire de passage de cette fente. 7. Système à rotor à commande de circulation d'air pour un aéronef comportant un arbre ( 24) d'entraînement du rotor ( 12) avec des pales de rotor ( 14) reliées à cet arbre, un système de commande du rotor et un système pneumatique pour fournir de l'air comprimé à ces pales de rotor ( 14), ce système pneumatique comportant des moyens ( 18,26) de stockage d'air, entourant l'arbre ( 24) d'entraînement du rotor, pour recevoir l'air comprimé et une chambre ( 26) tournant avec l'arbre ( 24) d'entraînement du rotor et les pales ( 14) du rotor et à partir de laquelle l'air comprimé est fourni aux pales du rotor, caractérisé en ce que chacune des pales ( 14) du rotor comporte une fente variable ( 96,120) le long d'au moins une portion d'un bord, définie par un panneau flexible ( 66,90,112), et il comporte, à l'intérieur dudit bord de la pale, un arbre ( 62,84,104), s'étendant dans la direction de l'envergure, des moyens ( 78), prévus à l'extrémité de base de la pale ( 60), pour faire tourner l'arbre ( 62,84,104) en fonction de signaux d'entrée provenant du système de commande du rotor, et des moyens à came ( 64,88, 108,110) sur l'arbre ( 62,84,104) pour provoquer la flexion du panneau flexible ( 66,90,112) et la variation de l'aire de passage de la fente ( 96,120). 8. Système à rotor à commande de circulation d'air pour un aéronef suivant la renvendication 7 caractérisé en ce que le panneau flexible ( 112) comporte un premier bord, s'étendant suivant l'envergure, fixé à une pale de rotor ( 100) en un point adjacent à une surface à effet Coanda ( 116) et se raccordant régulièrement à cette surface, le long d'un bord de la pale ( 100), et un second bord, s'étendant dans le sens de l'envergure, à l'intérieur de la pale, ce second bord étant accouplé mécaniquement aux moyens à came ( 108) de manière que la rotation de ces moyens à came ( 108) se traduise par une flexion du panneau flexible ( 112), afin de faire varier l'aire de passage de la fente ( 120).