Brevet FR2660618A1 — publié le 19911011

La présente invention concerne un rotor principal d'hélicoptère. En particulier, la présente invention concerne un rotor du type comportant un arbre d'entraînement conçu de manière à tourner autour de son axe, un moyeu réuni d'un seul tenant à l'arbre d'entraînement, un certain nombre de pales s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur à partir du moyeu et possédant chacune un dispositif de raccordement, qui les raccorde au moyeu, un dispositif de changement de pas, raccordé à chacun desdits dispositifs de raccordement, et des moyens pour raccorder chacun desdits dispositifs de raccordement au moyeu, lesdits moyens de raccordement comprenant un premier palier élastomère sphé- rique disposé entre un dispositif respectif de raccordement et le moyeu et définissant le point focal d'une pale res- pective. Des rotors connus du type mentionné précédemment sont désignés d'une manière générale comme étant du type "semi-rigide", dans lesquels chacun des dispositifs de rac- cordement comprend un élément élastique respectif situé entre le moyeu et une pale respective et conçu pour absor- ber à la fois les charges dues à la force centrifuge et une partie de la contrainte de cisaillement. L'inconvénient principal de rotors connus du type mentionné précédemment est la défaillance desdits éléments élastiques, qui sont normalement constitués de lames métal- liques, dont une extrémité est solidaire des moyeux et qui s'étendent radialement vers l'extérieur à partir de ce der- nier, pour satisfaire aux exigences contradictoires liées à une rigidité relativement faible lorsque le rotor tourne, et à une rigidité relativement élevée lorsque le rotor est à l'arrêt et éventuellement est soumis à l'action du vent. Outre le fait d'être déformables en vol, en réponse au ci- saillement appliqué aux pales respectives, de manière à produire des moments de commande requis, lesdits éléments élastiques doivent également supporter les pales dans la position correcte par rapport au sol lorsque le rotor est à l'arrêt. Étant donné que de telles exigences contradic- toires peuvent être rarement satisfaites, si jamais elles le sont, dans la pratique, pour supporter les pales lorsque le rotor est à l'arrêt, des rotors connus du type mentionné précédemment sont caractérisés habituellement en ce qu'ils comportent des éléments mobiles de support du type normale- ment utilisés dans ce qu'on appelle des rotors "articulés". Une autre remarque concernant les rotors "semi- rigides" connus du type mentionné précédemment est que la commande cyclique et collective du pas des pales dépend de la déformabilité en torsion desdits éléments élastiques, qui doivent être relativement longs pour maintenir dans des limites admissibles la contrainte appliquée par les com- mandes de changement de pas. Il en résulte que le diamètre et par conséquent la traînée du moyeu dans des rotors connus du type men- tionné précédemment sont habituellement considérables. La présente invention a pour but de fournir un rotor du type mentionnné précédemment, conçu de manière à permettre la suppression d'éléments mobiles pour supporter les pales lorsque le rotor est à l'arrêt. Un autre but de la présente invention est de fournir un rotor du type mentionné précédemment, comportant un moyeu qui à la fois présente une conception relativement rectiligne et a diamètre relativement faible. Compte tenu de ces objectifs, il est prévu, conformément à la présente invention, un rotor du type men- tionné précédemment, caractérisé en ce que les moyens de raccordement comportent également un corps toroïdal entou- rant ledit moyeu, un joint élastomère sphérique et une sus- pension axiale élastique, qui sont tous deux situés entre ledit corps toroïdal et ledit moyeu pour raccorder entre eux ces éléments, et un second palier élastomère sphérique disposé entre chacun desdits dispositifs de raccordement et ledit corps toroïdal, le centre dudit joint élastomère sphérique étant situé sur ledit axe. Dans le rotor tel que décrit précédemment, ledit centre est de préférence un point fixe sur ledit axe, ladite suspension étant située entre ledit joint élastomère sphé- rique et ledit corps toroidal. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après d'une forme de réalisation non limitative de la pré- sente invention, en référence aux dessins annexés, sur les- quels: la figure 1 représente une vue en plan, en coupe partielle, dont certaines parties ont été supprimées pour simplifier le dessin, d'une forme de réalisation pré- férée du rotor d'hélicoptère conforme à la présente inven- tion; la figure 2 représente une coupe prise suivant la ligne II-II sur la figure 1; la figure 3 représente une vue en élévation la- térale en coupe partielle et à plus grande échelle d'un premier détail de la figure 2; la figure 4 représente une coupe prise suivant la ligne IVIV sur la figure 3; la figure 5 représente une vue d'un second dé- tail de la figure 2; la figure 6 représente une coupe prise suivant la ligne VI-VI sur la figure 5; et la figure 7 représente une coupe à plus grande échelle prise suivant la ligne VII-VII sur la figure 1. Le chiffre de référence 1 sur les figures 1 et 2 désigne un rotor principal d'un hélicoptère (non repré- senté) Le rotor 1 comporte un arbre tubulaire d'entraînement 2 qui est sensiblement vertical et est rac- cordé angulairement, par son extrémité inférieure, à la sortie d'un carter d'un réducteur (non repré- senté), qui à son tour est raccordé à l'élément de sortie du dispositif d'entraînement de l'hélicoptère (non repré- senté). Comme le montre la figure 2, la partie supérieure de l'arbre 2 est constituée par un moyeu 3 servant à rac- corder l'arbre 2 à un certain nombre de pales 4 s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur à partir du moyeu 3 Le moyeu 3 comporte un élément annulaire 5 solidaire de l'arbre 2, et un certain nombre de plaques planes 6, dont chacune constitue un appendice radial extérieur de l'élément annulaire 5, situé dans un plan perpendiculaire à l'axe 7 de l'arbre 2 et au niveau de l'extrémité inférieure de l'élément annulaire 5. Les plaques 6 sont espacées de façon équidistante autour de l'arbre 2, sont prévues en un nombre égal à celui des pales 4 et sont raccordées chacune, au niveau de leur surface supérieure par l'intermédiaire de boulons 8, à un bras 9 d'une console respective 10 sensiblement en forme de L, dont le second bras 11 s'étend à l'extérieur de l'extrémité radiale extérieure de la plaque respective 6 et vers le haut, sensiblement parallèlement à l'axe 7. Le bras Il constitue le coussinet intérieur d'un palier élastomère sphérique respectif 12, dont le centre A coïncide avec les centres des autres paliers 12 situés sur l'axe 7, et dont le coussinet extérieur est formé par un élément sensiblement plat 13 (représenté de façon détaillée sur la figure 5), comprenant une plaque centrale 14 tournée vers la surface extérieure du bras respectif 11 et raccor- dée à ce dernier moyennant l'interposition d'une couche 15 en forme de dôme sphérique formé d'un matériau élastomère renforcé Chaque élément 13 comporte également deux bras sensiblement alignés 16 qui s'étendent dans des directions opposées à partir de l'extrémité supérieure de la plaque 14, et deux bras sensiblement alignés 17 qui s'étendent dans des directions opposées à partir de l'extrémité infé- rieure de la plaque 14 Chaque couple de bras 16 et 17, si- tués l'un au-dessus de l'autre sur le même côté de la plaque 14 possède des trous traversants respectifs 18 ali- gnés le long d'un axe respectif sensiblement parallèle à l'axe 7, et définit une fourche respective 19 coopérant avec l'autre fourche 19 de l'élément 13 pour raccorder cet élément à une console respective 20 représentée de façon détaillée sur la figure 3. Chaque console 20 comporte une plaque centrale 21 placée à l'extérieur de la plaque 14 de l'élément 13 et possède, sur chaque extrémité, un accouplement cylindrique 22 d'une longueur inférieure à la distance entre les bras 16 et 17 des fourches 19 Les deux accouplements 22 de chaque console 20 sont insérés, dans une position coaxiale par rapport à des trous respectifs 18, entre les bras 16 et 17 de fourches 19 sur l'élément 13, et constituent les coussinets extérieurs de paliers élastomères axiaux respec- tifs 23, dont les coussinets intérieurs respectifs sont dé- finis par un accouplement intérieur cylindrique 24 coaxial à l'accouplement respectif 22 et raccordé à ce dernier moyennant l'interposition d'un accouplement cylindrique 25 formé d'un matériau élastomère renforcé. Comme cela est représenté plus clairement sur la figure 7, chaque accouplement 24 est plus long que l'accou- plement respectif 22 et possède une longueur égale à la distance entre les bras 16 et 17 de la fourche respective 19, à laquelle il est raccordé par un boulon 26 qui tra- 3 G verse l'accouplement 24 et des trous traversants 18 de ma- nière à fixer les bras 16 et 17 sur les extrémités opposées de l'accouplement 24. Chaque console 20 est par conséquent raccordée à l'élément respectif 13 par l'intermédiaire d'une suspension axiale élastique 27 agissant sensiblement parallèlement à l'axe 7 et constituée par lesdits deux paliers élastomères axiaux 23. Comme cela est représenté sur la figure 4, sur le côté opposé à cette plaque 14, chaque accouplement 22 com- porte des épaulements radiaux 28 (figure 2), grâce auxquels la console respective 20 est solidaire de la surface inté- rieure d'une partie annulaire intermédiaire 29 d'un corps toroidal 30 réalisé de préférence en un matériau synthé- tique composite et s'étendant autour de l'arbre 2 sensible- ment coaxialement à l'axe 7. Comme représenté sur la figure 2, le corps toroï- dal 30 possède une section sensiblement en forme de C, dont la cavité est tournée vers l'axe 7, et comprend, en dehors de la partie intermédiaire 29, deux ailes annulaires 31 et 32 qui s'étendent vers l'intérieur à partir de l'extrémité supérieure et de l'extrémité inférieure de la partie inter- médiaire 29 et respectivement au-dessus et au-dessous des suspensions 27 Un capot conique déformable 33 s'étend vers le haut à partir de l'aile 31 en direction de l'axe 7, pour le raccordement du corps toroidal 30 à la partie supé- rieure d'une cloche 34 coaxiale à l'axe 7 et qui possède une bride inférieure 35 raccordée à l'extrémité supérieure du moyeu 3 par un certain nombre de vis 36. Par conséquent, le corps toroïdal 30 est raccordé élastiquement au moyeu 3 de manière à se déplacer axiale- ment par rapport à l'arbre 2 sous l'effet des suspensions axiales 27, et à pouvoir osciller autour du centre A, situé dans une position sensiblement fixe sur l'axe 7, par suite de la présence d'un joint élastomère sphérique 37 situé entre le corps toroïdal 30 et le moyeu 3 et défini par des paliers élastomères 12. Comme représenté notamment sur la figure 1, l'ex- trémité intérieure de chaque pale 4 est raccordée au moyeu 3 par un élément de raccordement 38 qui s'étend sensible- ment radialement par rapport au moyeu 3, le long d'un axe respectif 39 confondu avec l'axe de la pale respective 4. Chaque élément de raccordement 38 comporte, sur l'extrémité extérieure, une fourche 40 raccordée à l'extré- mité intérieure de la pale respective 4 par deux boulons 41 sensiblement parallèles à l'axe 7 et, sur l'extrémité intérieure, une tige 42 solidaire de la fourche 40 et pos- sédant un trou borgne axial 43 dans lequel s'engage une tige cylindrique 44 qui fait saillie hors du trou 43 en di- rection de l'axe 7 et se termine par une tête sphérique 45 dont le centre B est situé sur l'axe 39. Chaque élément de raccordement 38 s'engagedans un trou 46 sensiblement radial formé dans le moyeu 3, entre un couple respectif de plaques adjacentes 6, et dans un trou sensiblement radial 47 ménagé dans la partie intermédiaire 29 du corps toroïdal 30, entre un couple respectif de consoles 20 et sensiblement aligné avec le trou respectif 46, le long de l'axe respectif 39. Dans chaque trou 46 s'engage le coussinet exté- rieur 48 d'un palier élastomère sphérique respectif 49, dont le coussinet intérieur est défini par la tête sphé- rique respective 45 raccordée au coussinet extérieur res- pectif 46 par l'intermédiaire d'une couche 50 formée d'un matériau élastomère renforcé. Chaque élément de raccordement 38 est fixé au corps toroïdal 30 par un autre palier élastomère sphérique 51 monté de manière à tourner sa concavité vers l'axe 7 Le centre C de chaque palier 51 est situé sur l'axe respectif 39, à l'intérieur du corps toroïdal 30, et comprend un coussinet extérieur annulaire 52 solidaire de la partie in- termédiaire 29 et coaxial au trou respectif 47, et un cous- sinet intérieur annulaire 53 coaxial à l'axe respectif 39 et raccordé au coussinet extérieur 52 par une couche annu- laire 54 formée d'un matériau élastomère renforcé Le cous- sinet intérieur 53 est solidaire de l'extrémité d'un accou- plement 55 monté sur la tige respective 42 et pourvu de deux boulons diamétraux 56 perpendiculaires entre eux et décalés axialement dans l'accouplement 55 de manière à rendre réciproquement solidaires l'accouplement 55, la tige respective 42 et la tige respective 44 L'accouplement 55 possède également une fourche extérieure sensiblement ra- diale 57 servant à raccorder une pale respective 4 à un dispositif de modification du pas, désigné dans son en- semble par la référence 58. Comme cela est représenté notamment sur la figure 2, le dispositif 58 comprend un arbre tubulaire sensible- ment cylindrique 59 fixé à l'intérieur de l'arbre 2 et rac- cordé, à son extrémité inférieure (non représentée), d'un seul tenant au carter (non représenté) du dispositif d'entraînement L'extrémité supérieure de l'arbre 59 s'étend à l'intérieur de la cloche 34 et s'engage, par l'intermédiaire d'un palier 60, dans un trou 61 formé au centre d'une paroi d'extrémité 63 de la cloche 34 et fermé par un capuchon 64. Le dispositif 58 comporte également un accou- plement cylindrique 65 monté de manière à pouvoir tourner et glisser axialement sur la partie de l'arbre 59, qui s'étend à l'intérieur de la cloche 34 La partie supérieure de l'accouplement 65 est constituée par une partie élargie ou tête 66 définie extérieurement par une surface en forme de couronne sphérique 67, tandis que la partie inférieure de l'accouplement 65 possède une patte radiale extérieure 68. Au-dessous de l'accouplement 65, l'arbre 59 est solidaire d'un autre accouplement cylindrique 69 possédant une patte extérieure radiale 70 raccordée à la patte 68 par une liaison articulée 71 permettant un déplacement axial de l'accouplement 65 le long de l'arbre 59, tout en empêchant simultanément une rotation de l'accouplement 65 autour de l'axe de l'arbre 59. Ce dispositif comprend également un ensemble connu 72 à "plaque oscillante", porté par l'arbre 59 à l'intérieur de la cloche 34 et possédant un siège central sphérique 73 raccordé à la surface 67 Comme cela est re- présenté notamment sur la figure 2, l'ensemble 72 comprend une bague intérieure 74, désignée ci-après comme étant la "bague fixe", bloquée angulairement de façon connue (non représentée) sur la tête 66 de manière à osciller dans n'importe quelle direction par rapport à la tête 66 et au- tour du centre de la surface 67, mais sans pouvoir tourner autour de l'axe de l'arbre 59 La bague fixé 74 est montée de façon rotative, moyennant l'interposition de paliers 75, une bague extérieure 76 étant désignée ci-après comme étant la "bague rotative". A partir de l'extrémité inférieure de la bague fixe 74 font saillie radialement vers l'extérieur un cer- tain nombre de fourches 77 (dont l'une seulement est repré- sentée) prévues en un nombre égal au nombre des pales 4 et dont chacune supporte, par l'intermédiaire d'un joint sphé- rique respectif 78, l'extrémité supérieure d'une tige res- pective 79 de commande de changement de pas, qui s'étend vers le bas dans un espace annulaire 80 présent entre la surface intérieure de l'arbre 2 et la surface extérieure de l'arbre 59. A partir de la surface extérieure de la bague ro- tative 76 font saillie radialement vers l'extérieur un cer- tain nombre de bras 81 (dont l'un seulement est repré- senté), égal au nombre de pales 4, et un certain nombre de fourches 82 (dont l'une seulement est représentée) servant à raccorder la bague rotative 76 à la cloche 34 par l'intermédiaire d'une liaison articulée respective 83. Chaque bras 81 sort de la cloche 34 à travers une ouverture respective 84 et est raccordé à une fourche res- pective 57 par l'intermédiaire d'une bielle respective 85. La manière dont les tiges 79, l'ensemble à plaques oscillantes 72, les bras 81, les bielles 85 et les fourches 57 permettent de modifier le pas cyclique et col- lectif des pales 4, est connue et ne requiert par consé- quent aucune explication supplémentaire. Il va sans dire que le dispositif 58 dit "à transmission interne", décrit ici, c'est-à-dire comprenant un arbre interne fixe 52, des tiges 79 et un ensemble à plaque oscillante 72 situé sensiblement à l'intérieur de l'arbre 2, peut être remplacé, par n'importe quel tech- nicien de ce domaine particulier, par un dispositif connu de changement de pas dit "à transmission externe" (non re- présenté). Cependant, il faut mentionner certaines caracté- ristiques structurelles et de fonctionnement de la liaison entre les pales 4 et le moyeu 3. La caractéristique structurelle remarquable du rotor 1 tel que décrit ici réside dans le corps toroïdal , qui permet d'obtenir un rotor extrêmement compact et "propre" du point de vue aérodynamique. En réalité, les paliers élastomères 12 consti- tuant le joint élastomère sphérique 37 assurent un guidage du corps toroïdal 30, lorsqu'il se déplace par rapport au moyeu 3, sur une surface sphérique ayant pour centre A, tandis que les paliers axiaux 23 permettent une déformation transversale locale du corps toroïdal 30 sensiblement pa- rallèlement à l'axe 7, mais également d'une manière sensi- blement tangente à ladite surface sphérique dont le centre est situé en A. Par conséquent, même si on utilise un moyeu 3 possédant un diamètre relativement faible, qui conduit à une distance relativement faible entre le point focal B de chaque pale et le centre A et, en théorie, à un moment de commande relativement faible, le rotor 1 permet, en réa- lité, de fournir des moments de commande relativement éle- vés, en raison de ladite déformation transversale locale du corps toroïdal 30. Ladite réduction de la distance A-B pour un mo- ment de commande donné permet de réduire considérablement la vibration du rotor et par conséquent de l'hélicoptère lui-même En réalité, la distance A-B est également propor- tionnelle aux moments produits par le cisaillement alterné transmis par les pales et résultant d'une dissymétrie continuelle des forces dynamiques et aérodynamiques appli- quées aux pales En ce qui concerne la transmission des contraintes, les paliers élastomères 49 transmettent au moyeu 3 une partie du cisaillement provoqué à la fois par la poussée ascensionnelle et la force de traînée D'autre part, les forces centrifuges appliquées aux pales sont transmises par les paliers élastomères 51 au corps toroïdal qui absorbe les forces centrifuges moyennant une compen- sation interne, étant donné qu'il possède sensiblement la forme d'un anneau fermé. En liaison avec ce qui précède, il faut indiquer qu'on a choisi la forme sphérique des paliers élastomères 51 de manière à leur permettre non seulement de transmettre les forces centrifuges au corps toroïdal 30, mais égale- ment, et ce d'une manière tout aussi importante, de per- mettre une commande cyclique de changement du pas des pales 4, pour atténuer les déplacements de va-et-vient des pales 4 dans le plan perpendiculaire à l'axe 7 et de supporter les pales 4 lorsque le rotor est à l'arrêt Par conséquent, le rotor 1 permet de se dispenser de l'utilisation d'amortisseurs externes et de dispositifs de support des pales, qui, outre le fait de compliquer la structure d'ensemble du rotor 1, conduisent également à un accroisse- ment substantiel de la traînée aérodynamique. Il va sans dire qu'on demande aux paliers 51 à fonctions multiples de satisfaire aux compromis structurels nécessairement appliqués En réalité, pour une taille don- née du rotor 1, un accroissement de la distance B-C conduit à un accroissement du moment résistant servant à supporter les pales lorsque le rotor est à l'arrêt, mais également à une réduction du rayon des paliers 51 et par conséquent à leur capacité à résister aux forces centrifuges et à les transmettre au corps toroïdal 30. REVENDICATIONS 1 Rotor principal d'hélicoptère du type compre- nant un arbre d'entraînement ( 2) conçu de manière à tourner autour de son axe ( 7), un moyeu ( 3) réuni d'un seul tenant à l'arbre d'entraînement ( 2), un certain nombre de pales ( 4) s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur à partir du moyeu ( 3) et possédant chacune un dispositif de raccordement ( 38), qui les raccorde au moyeu ( 3), un dispo- sitif de changement de pas ( 58), raccordé à chacun desdits dispositifs de raccordement ( 38), et des moyens pour rac- corder chacun desdits dispositifs de raccordement ( 38) au moyeu ( 3), lesdits moyens de raccordement comprenant un premier palier élastomère sphérique ( 49) disposé entre un dispositif respectif de raccordement ( 38) et le moyeu ( 3) et définissant le point focal (B) d'une pale respective ( 4), caractérisé en ce que les moyens de raccordement com- portent également un corps toroïdal ( 30) entourant ledit moyeu ( 3), un joint élastomère sphérique ( 37) et une sus- pension axiale élastique ( 27), qui sont tous deux situés entre ledit corps toroïdal ( 30) et ledit moyeu ( 3) pour raccorder entre eux ces éléments, et un second palier élas- tomère sphérique ( 51) disposé entre chacun desdits disposi- tifs de raccordement ( 38) et ledit corps toroïdal ( 30), le centre (A) dudit joint élastomère sphérique ( 37) étant si- tué sur ledit axe ( 7). 2 Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit centre (A) est un point fixe sur ledit axe ( 7), ladite suspension axiale ( 27) étant située entre ledit joint élastomère sphérique ( 37) et ledit corps toroïdal ( 30). 3 Rotor selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit corps toroïdal ( 30) possède une section transversale sensiblement en forme de C, qui tourne sa concavité vers ledit axe ( 7). 4 Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que ledit corps toroïdal( 30) est réalisé en un matériau synthétique composite. Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que ledit joint élastomère sphérique ( 37) comprend un certain nombre d'autres joints élastomères sphériques ( 12) disposés de façon équidistante autour dudit axe ( 7) et possédant des centres respectifs qui coïncident entre eux et avec ledit centre (A), lesdits autres paliers élastomères sphériques ( 12) étant prévus en un nombre égal à celui desdites pales ( 4). 6 Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit autre palier élastomère sphérique ( 12) com- prend un coussinet intérieur ( 11) solidaire dudit moyeu ( 3) et un coussinet extérieur ( 14), ladite suspension axiale élastique ( 27) comprenant un certain nombre de moyens for- mant paliers élastomères axiaux ( 20) disposés autour dudit axe et sensiblement parallèles à ce dernier, chacun desdits coussinets extérieurs ( 14) étant raccordés audit corps to- roidal ( 30) moyennant l'interposition de l'un desdits moyens formant paliers élastomères axiaux ( 20). 7 Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que chacun desdits moyens formant paliers élastomères axiaux ( 20) comprend deux paliers élastomères axiaux ( 23) parallèles entre eux et situés sur des côtés opposés dudit coussinet extérieur respectif ( 14). 8 Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que le centre (C) dudit se- cond palier élastomère ( 51) est situé entre ledit point fo- cal respectif (B) et ledit corps toroïdal ( 30).