Brevet FR2660620A1 — publié le 19911011

La présente invention concerne un rotor principal d'hélicoptère. En particulier, l'invention concerne un rotor du type comprenant un arbre d'entraînement conçu de manière à pouvoir tourner autour de son axe, un moyeu, des premiers moyens de raccordement disposés entre l'arbre d'entraîne- ment et le moyeu pour faire tourner le moyeu ainsi que l'arbre d'entraînement autour dudit axe et permettant au moyeu d'osciller autour d'un point situé sur ledit axe, un certain nombre de pales s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur à partir du moyeu et comprenant chacune un dispositif de raccordement pour son raccordement au moyeu, un dispositif de changement de pas raccordé auxdits dispo- sitifs de raccordement, et des seconds moyens pour raccor- der chacun desdits dispositifs de raccordement au moyeu. Des rotors connus du type mentionné précédemment sont désignés d'une manière générale comme étant des rotors "sphériques". Dans le cas d'un rotor sphérique, lesdits pre- miers moyens de raccordement doivent être agencés de ma- nière à permettre la transmission d'un couple entre l'arbre d'entraînement et le moyeu, et la transmission de la force ascensionnelle et du cisaillement dans le plan du rotor à l'arbre d'entraînement, tout en permettant simultanément une oscillation du moyeu autour d'un point situé sur l'axe de l'arbre d'entraînement, et en produisant simultanément un moment de commande approprié, et à garantir une trans- mission homocinétique entre l'arbre d'entraînement et le moyeu indépendamment de la position d'oscillation du moyeu par rapport à l'arbre d'entraînement. Dans des rotors sphériques connus, les exigences assez contradictoires indiquées précédemment sont satis- faites au moins en partie moyennant l'utilisation d'un nombre important de composants spécialement conçus Par exemple, la transmission de la force ascensionnelle et du cisaillement entre le moyeu et l'arbre d'entraînement et le mouvement d'oscillation du moyeu par rapport à l'arbre d'entraînement sont habituellement rendus possibles grâce au raccordement du moyeu à l'arbre d'entraînement par l'intermédiaire d'un joint sphérique central D'autre part, le couple est transmis au moyen de liaisons articulées et/ou d'une membrane qui, bien que produisant également les moments de commande et garantissant une transmission homo- cinétique, sont incapables de supporter les pales lorsque le rotor est à l'arrêt, ce qui requiert l'utilisation d'éléments mobiles de support du type normalement utilisés dans des rotors articulés. En d'autres termes, on peut dire de façon sûre que les rotors sphériques connus présentent une structure très complexe à la fois du point de vue de la conception mécanique et du fonctionnement, ce qui conduit à de graves inconvénients du point de vue coût et sécurité. La présente invention a pour but de fournir un rotor du type mentionné précédemment, qui possède une structure compacte, extrêmement rectiligne et qui est d'une fabrication relativement bon marché. Un autre but de la présente invention est de fournir un rotor du type mentionné précédemment, permettant de supprimer les éléments tels que lesdites liaisons arti- culées et lesdits éléments mobiles servant à supporter les pales lorsque le rotor est à l'arrêt. Compte tenu de ces objectifs, conformément à la présente invention, il est prévu un rotor du type mentionné précédemment, caractérisé en ce que ledit moyeu comprend un corps toroidal et un corps tubulaire sensiblement coaxiaux entre eux et audit arbre d'entraînement, lesdits premiers moyens de raccordement étant situés entre ledit corps to- roïdal et ledit arbre d'entraînement de manière à permettre audit corps toroïdal d'osciller autour dudit point le long situé sur ledit axe, ledit corps tubulaire étant raccordé à et supporté par ledit corps toroïdal, et que lesdits se- conds moyens de raccordement comprennent un premier palier élastomère situé entre l'un respectif desdits moyens de raccordement et ledit corps tubulaire et définissant un point focal pour l'une respective desdites pales, et un se- cond palier élastomère situé entre chacun desdits disposi- tifs de raccordement et ledit corps toroïdal. 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, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une coupe transversale, dont certaines parties ont été éliminées pour simplifier le dessin, d'une forme de réalisation préférée du rotor d'hélicoptère conforme à la présente invention; et la figure 2 représente une coupe prise suivant la ligne II-II sur la figure 1. Le chiffre de référence 1 des dessins annexés dé- signe un rotor principal d'un hélicoptère (non représenté). Le rotor 1 comprend un arbre tubulaire d'entraînement 2 qui est sensiblement vertical et est raccordé angulairement, à son extrémité inférieure, à la sortie d'un carter d'engrenages réducteurs (non représenté), qui à son tour est raccordé à la sortie du dispositif d'entraînement de l'hélicoptère (non représenté). Comme représenté sur la figure 2, l'arbre 2 com- porte, à sa partie supérieure, une première partie 3 fermée à sa partie supérieure par une paroi transversale plane 4, et une seconde partie de diamètre réduit 5 constituée par un appendice tubulaire qui s'étend vers le haut à partir d'une partie centrale de la paroi 4 et est coaxiale à la partie 3 Les parties 3 et 5 de l'arbre 2 sont raccordées à un moyeu 6 de manière à raccorder à l'arbre 2 un certain nombre de pales 7 qui s'étendent sensiblement radialement vers l'extérieur à partir du moyeu 6. En particulier, la partie 3 de l'arbre 2 est rac- cordée au moyeu 6 par un certain nombre de plaques planes 8 qui sont légèrement inclinées vers le haut et s'étendent vers l'extérieur à partir du pourtour extérieur de la paroi 4, le long d'une surface conique, dont l'axe coïncide avec l'axe 9 de l'arbre 2. Les plaques 8 sont espacéesde façon équidistante au- tour de l'arbre 2, sont prévues en un nombre égal à celui des pales 7 et sont 'pourvues chacune, au niveau de leur surface supérieure, par l'intermédiaire de boulons 10, d'un bras 11 d'une console respective 12 sensiblement en forme de L, dont le second bras 13 s'étend vers l'extérieur de l'extrémité radiale extérieure de la plaque respective 8 et vers le haut sensiblement parallèlement à l'axe 9. Le bras 13 constitue le coussinet intérieur d'un palier élastomère sphérique respectif 14, dont le centre "A" coïncide avec les centres des autres paliers 14 et est situé sur l'axe 9 et sensiblement dans le plan (P) défini par les centres de gravité (non représentés) des pales 7, lorsque ces dernières se déplacent sur ce qu'on appelle le cône stabilisé en vol stationnaire. Le coussinet extérieur de chaque palier élasto- mère 14 est constitué par l'élément courbe 15 solidaire de la surface intérieure d'une partie annulaire intermédiaire 16 d'un corps toroidal 17 formé de préférence d'un matériau synthétique composite et s'étendant autour de l'arbre 2 en étant sensiblement coaxial à l'axe 9. Comme représenté sur la figure 2, le corps toroï- dal 17 possède une section sensiblement en forme de C, qui tourne sa concavité vers l'axe 9 et comprend, en plus de la partie annulaire 16, deux ailes annulaires 18 et 19 qui s'étendent vers l'intérieur à partir des extrémités supé- rieure et inférieure de la partie intermédiaire 16 et res- pectivement au-dessus et au-dessous des paliers 14. La partie annulaire 16 et l'aile supérieure 18 sont formées toutes deux par une partie annulaire 16 à pa- roi double, qui comprend une paroi intérieure 20 et une pa- roi extérieure 21, qui sont en contact réciproque, et une aile supérieure 18 comprenant une paroi intérieure 22 qui se prolonge par la paroi 20, et une paroi extérieure 23 qui s'écarte de la paroi 22 et se raccorde à la paroi 21 Les bords intérieurs des parois 22 et 23 de l'aile 18 sont rendus réciproquement solidaires moyennant l'interposition d'un anneau 24 coaxial à l'axe 9 et réalisé en un matériau synthétique composite. Comme cela est représenté notamment sur la figure 2, l'aile 18 est raccordée, à l'aide de vis 25 et au ni- veau de l'anneau 24, à la surface inférieure d'une bride annulaire 26 qui s'étend vers l'extérieur à partir de l'extrémité supérieure d'un corps tubulaire rigide 27 de préférence métallique et raccordé à l'aile 18 qui est sensiblement coaxiale à l'axe 9. Le corps tubulaire 27 est raccordé au corps to- roidal 17 par l'intermédiaire de la paroi 4 et est traversé par un appendice tubulaire 5, qui possède une partie supé- rieure de faible diamètre 28 se prolongeant par la partie inférieure de l'appendice 5, par l'intermédiaire d'un épau- lement annulaire 29, et se terminant à sa partie supérieure par une partie filetée 30 La partie 28 de l'appendice 5 s'engage dans un trou traversant sphérique ménagé dans une boule sphérique 31 dont le centre est situé en "A" et qui est bloqué axialement contre l'épaulement 29 par un écrou annulaire 32 situé sur la partie filetée 30. La boule 31 constitue le coussinet intérieur d'un joint élastomère repéré dans son ensemble par la référence 33 et possédant un coussinet annulaire extérieur 34 rac- cordé au coussinet intérieur moyennant l'interposition de deux bagues 35 réalisées en un matériau élastomère et pos- sédant, sur des extrémités opposées, une bride annulaire supérieure 36 et une bride annulaire inférieure 37 Le bord extérieur de la bride 36 s'étend sur la bride 26 du corps tubulaire 27 et est fixé à la bride 26 par des vis 25. Au moins une partie du bord extérieur de la bride 37 est disposée de manière à être contact avec la surface cylin- drique 38 du corps tubulaire 27 de manière à rendre le corps 27 solidaire du coussinet extérieur 34 et à lui per- mettre de se déplacer conjointement avec le coussinet 34 autour du point "A". Le corps toroïdal 17 et le corps tubulaire 27 sont par conséquent raccordés élastiquement à la partie su- périeure de l'arbre 2 de manière à osciller autour du point "A" grâce à la présence, entre le corps toroïdal 17 et le corps tubulaire 27, d'une part et l'arbre 2 d'autre part, d'un joint élastomère sphérique 33, dont le centre est si- tué en "A" et qui est disposé entre le bord intérieur du corps toroïdal 17 et l'arbre 2, et un autre joint élasto- mère sphérique 39 dont le centre de gravité est situé en "A" et qui est défini par des paliers élastomères 14. En particulier, le joint élastomère 39 est situé entre l'arbre 2 et le bord extérieur du corps toroïdal 17 et comporte une boule sphérique intérieure définie par des bras 13, dont les surfaces s'étendent le long d'une bague sphérique coaxiale à l'axe 9 et située au-dessous du point "A" de manière à permettre au joint 39 de transmettre la force ascensionnelle entre le moyeu 6 et l'arbre 2. L'extrémité intérieure de chaque pale 7 est rac- cordée au corps tubulaire 27 par un élément de raccordement qui s'étend sensiblement radialement par rapport au corps tubulaire 27 et le long d'un axe respectif 41 coïnci- dant avec l'axe de la pale respective 7 Chaque élément de raccordement comprend, sur son extrémité extérieure, une fourche 42 raccordée à l'extrémité intérieure de la pale respective 7 par deux boulons 43, qui sont sensiblement pa- rallèles à l'axe 9 et, sur l'extrémité intérieure, une tige 44 solidaire d'une fourche 42 et possédant un trou axial 45 dans lequel s'engage une tige cylindrique 46 qui fait sail- lie à partir du trou 45 en direction de l'axe 9 et se ter- mine par une tête sphérique 47 dont le centre "B" est situé sur l'axe 41. Chaque élément de raccordement 40 s'engage dans un trou sensiblement radial 48 f ormé dans le corps tubu- laire 27, entre un couple respectif de plaques adjacentes 8, et un trou sensiblement radial 49 ménagé dans la partie annulaire 16 du corps toroidal 17, entre deux éléments courbes respectifs 15. Dans chaque trou 48 s'engage le coussinet exté- rieur 50 d'un palier élastomère sphérique respectif 51, dont le coussinet intérieur est défini par la tête sphé- rique respective 47 raccordée au coussinet extérieur res- pectif 50 par l'intermédiaire d'une couche 52 formée d'un matériau élastomère renforcé. Chaque élément de raccordement 40 est fixé au corps toroidal 17 par un autre palier élastomère sphérique (ou conique) 53, monté de telle sorte qu'il tourne sa concavité vers l'axe 9 Le centre (ou sommet) "C" de chaque palier 53 est situé sur un axe respectif 41, à l'intérieur du corps toroidal 17, et comprend un coussinet extérieur annulaire 54 raccordé d'un seul tenant à la partie annu- laire 16 et coaxial au trou respectif 49, et un coussinet intérieur annulaire 54 coaxial à l'axe respectif 41 et rac- cordé au coussinet extérieur 54 par une couche annulaire 56 réalisée en un matériau élastomère renforcé Le coussinet intérieur 55 est solidaire de l'extrémité d'un accouplement 57 monté sur la tige respective 44 et comportant deux bou- lons diamétraux 58 perpendiculaires entre eux et décalés axialement dans l'accouplement 57 de manière à rendre réci- proquement solidaires l'accouplement 57, la tige respective 44 et la tige respective 46 Sur le côté opposé à la tige respective 46 et coaxialement à cette dernière, chaque tête 47 comporte un téton 59 situé à l'intérieur de l'arbre 2 et raccordé à unefourche respective 60 qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir du téton respectif 59 et auquel l'extrémité supérieure d'une tige 62 est articulée par l'intermédiaire d'un joint sphérique 61 Les tiges 62 sont des tiges de commande qui s'étendent le long de l'arbre 2 et dans des trous respectifs 63 ménagés dans la paroi 4, et constituent les éléments de sortie d'un dispositif connu de changement de pas à transmission interne-64. Il va sans dire qu'en apportant des modifications secondaires dans le cadre des compétences de n'importe quel technicien de ce domaine particulier, on peut aisément remplacer ledit dispositif de changement de pas "à trans- mission interne" par un dispositif à changement de pas ha- bituellement connu dit "à transmission externe" (non repré- senté). Il faut cependant mentionner certains détails structurels et caractéristiques de fonctionnement de la liaison entre les pales 7 et le moyeu 6 et de la liaison entre le moyeu 6 et l'arbre d'entraînement 2. La caractéristique structurelle remarquable du rotor 1 tel que décrit réside dans le corps toroïdal 17, qui permet le raccordement du corps tubulaire 27 et permet d'obtenir un rotor extrêmement compact et "propre" du point de vue aérodynamique. En réalité les joints élastomères 33 et 39 assu- rent le guidage du corps toroïdal 17 le long d'une surface sphérique dont le centre est situé en "A'', lorsqu'elle se déplace par rapport à l'arbre 2 Par conséquent, dans des conditions de vol normales, le corps toroïdal 17 tend à être situé dans le plan du rotor 1, ce qui décale les axes 41 de couples opposés de pales 7, d'une distance relative- ment faible (mesurée le long de l'axe 9) et conduit à l'apparition de moments relativement faibles de commande, qui sont ramenés à des valeurs admissibles par les moments de réaction introduits par le joint élastomère 33, et en particulier le joint élastomère 39, qui assure également la transmission d'une partie importante du couple et de la force ascensionnelle entre le moyeu 6 et l'arbre d'entraî- nement 2. Comme cela a déjà été indiqué, le corps toroidal 17 tend à être situé dans le plan du rotor 1, c'est-à-dire dans ce qu'on appelle le plan de référence de rotation, et assure également l'interconnexion de toutes les pales 7. Par conséquent, le cisaillement et lacontrainte circonféren- tielle transmis au corps toroïdal 17 par chaque pale sont, d'une manière générale, compensés au moins partiellement par la contrainte correspondante transmise par les autres pales Par conséquent les pales 7 exécutent des mouvements de battement et de va-et-vient relativement faibles de sorte qu'il n'est pas obligatoire de prévoir des dispositifs d'amortissement dans le plan du rotor. En outre, en raison du déplacement de va-et-vient limité des pales, il ne pose sensiblement aucun problème de résonance fondamentale dans le rotor 1 tel que décrit, et donc ce rotor ne requiert aucun dispositif mobile de sup- port des pales, étant donné que les paliers élastomères 53 sont plus que suffisants pour supporter les pales lorsque le rotor est à l'arrêt. En liaison avec ce qui précède, comme cela a déjà été indiqué, il faut noter que les paliers élastomères 53 peuvent être soit sphériques, soit coniques, ces deux formes fournissant sensiblement le même effet pour l'exécu- tion de la fonction requise des paliers 53, c'est-à-dire la fonction de transmission, au corps toroïdal 17, des forces centrifuges produites par les pales respectives 7. REVENDICATIONS 1 Rotor principal d'hélicoptère du type compor- tant un arbre d'entraînement ( 2) conçu de manière à pouvoir tourner autour de son axe ( 9), un moyeu ( 6), des premiers moyens de raccordement ( 33,39) disposés entre l'arbre d'en- traînement ( 2) et le moyeu ( 6) pour faire tourner le moyeu ( 6) ainsi que l'arbre d'entraînement ( 2) autour duditaxe ( 9) et permettant au moyeu ( 6) d'osciller autour d'un point (A) situé sur ledit axe, un certain nombre de pales ( 7) s'étendant sensiblement radialement vers l'extérieur à par- tir du moyeu ( 6) et comprenant chacune un dispositif de raccordement ( 40) pour son raccordement au moyeu ( 6), un dispositif ( 64) de changement de pas raccordé auxdits dis- positifs de raccordement ( 40), et des seconds moyens ( 51,53) pour raccorder chacun desdits dispositifs de rac- cordement ( 40) au moyeu ( 6), caractérisé en ce que ledit moyeu ( 6) comprend un corps toroïdal ( 17) et un corps tubu- laire ( 27) sensiblement coaxiaux entre eux et audit arbre d'entraînement ( 2), lesdits premiers moyens de raccordement ( 33,39) étant situés entre ledit corps toroïdal ( 17) et le- dit arbre d'entraînement ( 2) de manière à permettre audit corps toroïdal ( 17) d'osciller autour dudit point (A) situé sur ledit axe ( 9), ledit corps tubulaire ( 27) étant rac- cordé à et supporté par ledit corps toroïdal ( 17), et que lesdits seconds moyens de raccordement ( 51,53) comprennent un premier palier élastomère ( 51) situé entre l'un respec- tif desdits moyens de raccordement ( 40) et ledit corps tu- bulaire ( 27) et définissant un point focal pour l'une res- pective desdites pales ( 7), et un second palier élastomère ( 53) situé entre chacun desdits dispositifs de raccordement ( 40) et ledit corps toroïdal ( 17). 2 Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps toroïdal ( 17) possède une section sensi- blement en forme de C, qui tourne sa concavité vers ledit axe ( 9) et comprend une partie annulaire intermédiaire sen- siblement cylindrique ( 16) et des première et seconde ailes annulaires ( 18,19) s'étendant sensiblement radiale- ment vers l'intérieur respectivement à partir de l'extrémité supérieure et de l'extrémité inférieure de la- dite partie annulaire intermédiaire ( 16). 3 Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens de raccordement ( 33,39) com- prennent un premier joint élastomère sphérique ( 33) et un second joint élastomère sphérique ( 39), dont les centres coïncident avec ledit point (A) situé sur ledit axe ( 9). 4 Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier joint élastomère sphérique ( 33) est situé entre le bord intérieur de ladite première aile ( 18) et une première partie ( 5) dudit arbre d'entraînement ( 2), et comprend une boule sphérique ( 31) solidaire dudit arbre d'entraînement ( 2) et dont le centre est situé au niveau dudit point (A). Rotor selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit second joint élastomère sphé- rique ( 39) est situé entre ladite partie annulaire intermé- diaire ( 16) dudit corps toroïdal ( 17) et une seconde partie ( 3) dudit arbre d'entraînement ( 2), ladite seconde partie ( 3) étant située audessous de ladite première partie ( 5), et ledit second joint élastomère ( 39) comportant une boule intérieure ( 13), dont la surface s'étend le long d'au moins une partie d'un segment sphérique, qui est situé au- dessous dudit point (A) et dont le centre est situé au niveau du point (A) sur ledit axe ( 9). 6 Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5, caractérisé en ce que ledit second joint élas- tomère sphérique ( 39) comprend un certain nombre d'autres paliers élastomères sphériques ( 14) également espacés au- tour dudit axe ( 9) et possédant des centres respectifs qui coïncident entre eux et avec ledit point (A) sur ledit axe ( 9), lesdits autres paliers élastomères sphériques ( 14) étant prévus en un nombre égal à celui desdites pales ( 7). 7 Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure ( 26) dudit corps tubulaire ( 27) est raccordée à une partie périphérique intérieure de ladite première aile, ( 18), ledit corps tubulaire ( 27) étant raccordé à ladite première aile ( 18) située en vis- à-vis de ladite partie annulaire intermédiaire ( 16). 8 Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que ledit corps toroïdal ( 17) est réalisé en un matériau synthétique composite. 9 Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que chacun desdits premiers paliers élastomères ( 51) est sphérique. Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que chacun desdits seconds paliers élastomères ( 53) est sphérique et tourne sa conca- vité vers ledit arbre d'entraînement ( 2). 11 Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que chacun desdits se- conds paliers élastomères ( 53) est conique et est monté de manière à tourner sa concavité vers ledit arbre d'entraîne- ment ( 2). 12 Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que ledit point (A) situé sur ledit axe ( 9) est situé sensiblement dans un plan (P) défini par les centres de gravité desdites pales ( 7) lorsque ces dernières se déplacent dans ce qu'on appelle un cône stabilisé de vol stationnaire.