Brevet FR2693236A1 — publié le 19940107

DISPOSITIF POUR L'ENTRAINEMENT D'UN ARBRE PORTEUR SOUS L'FACTION D'UN FLUIDE EN MOUVEMENT. li existe déjà de nombreux dispositifs convertissant l'énergie cinétique d'un flux d'air ou d'eau en énergie mécanique ou électrique par rotation de l'arbre porteur de pales, d'aubes ou d'hélices du rotor d'une turbine. Dans certains cas, le flux est perpendiculaire à l'arbre porteur mais les pales ou les aubes sont fixes par rapport à l'arbre et le couple moteur est obtenu par un différentiel de pression de fluide au niveau des surfaces de pales ou d'aubes perpendiculaires à l'écoulement. L'invention a pour but d'améliorer ce couple moteur en augmentant le différentiel de pression. Ce but est atteint au moyen d'un dispositif d'entraînement d'un arbre de rotor sous l'action d'un fluide en mouvement comprenant au moins un axe rotatif solidaire et perpendiculaire à l'arbre, supportant à chacune de ses extrémités un volet fixé sur l'axe dans un plan perpendiculaire -à celui du volet symétrique et des butées destinées à limiter la rotation de l'axe entre deux positions où respectivement le plan de l'un ou l'autre des volets symétriques offre une résistance au fluide de façon à transmettre un couple moteur audit arbre. Selon une caractéristique avantageuse le dispositif de l'invention comporte deux axes rotatifs perpendiculaires entre eux et indépendants. Selon une autre caractéristique les butées sont destinées à être alternativement au cours de la rotation de l'arbre au contact de l'un puis de l'autre des volets symétriques par rapport au sens d'écoulement du fluide. Selon encore une autre caractéristique le dispositif de l'invention comporte en outre des moyens d'escamotage des butées pour libérer les volets et provoquer l'arrêt du rotor. Selon un mode de réalisation particulier l'axe rotatif est constitué de deux demi-axes alignés et solidarisés par une goupille susceptible d'être rompue à partir d'une certaine valeur d'effort pour mettre les deux volets symétriques en drapeaux. Cette rupture intervient par exemple en cas de survitesse ou en cas de charges anormales sur les volets. Le dispositif de l'invention fonctionne dans un espace ouvert où le fluide est en mouvement relatif et ne nécessite aucun carter pour canaliser le fluide. Le dispositif de l'invention peut être avantageusement utilisé pour l'entraînement en rotation des roues d'un train d'atterrissage d'aéronef avant le contact des pneus avec le sol dans le but de réduire l'usure de la gomme. Le dispositif de l'invention peut être également utilisé de façon concomittante pour renforcer les moyens de ventilation ou de refroidissement du système de freinage du train après l'atterrissage. Une autre application de l'invention réside dans la relance du rotor d'un autogire en cas de décrochage en vol. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins sur lesquels: - les figures la et lb représentent, respectivement, une vue de profil en coupe du rotor du dispositif de l'invention et une vue en perspective d'un détail du dispositif de la figure la; - les figures 2a et 2b sont des vues de dessus du dispositif de la figure 1 respectivement en position de fonctionnement et en position débrayée; - les figures 3a et 3b représentent, respectivement, une vue en perspective et en coupe d'une application du dispositif de l'invention sur une roue; et, - la figure 4 illustre l'application du dispositif de l'invention à un autogire. Le dispositif représenté sur la figure 1 est placé dans un fluide en mouvement par exemple dans un flux d'air F en mouvement relatif perpendiculairement à un arbre 1 porteur de volets 2a,2b. Les volets 2a,2b sont fixés de façon symétrique aux extrémités longitudinales d'un axe rotatif 3 en étant orientés dans des plans perpendiculaires entre-eux. Ainsi, sur la figure la, le volet 2a est représenté perpendiculaire au flux F tandis que le volet 2b est orienté dans le sens du flux F. L'axe rotatif 3 est, quant à lui, perpendiculaire à l'arbre porteur 1 du rotor. I1 est limité dans sa rotation par des butées 4a,4b entre deux positions où respectivement le plan de l'un ou de l'autre des volets 2a,2b symétriques est perpendiculaire au flux F. Les butées 4a,4b sont dans le mode de réalisation des figures la, 2a et 2b sous forme de barres transversales, perpendiculaires à l'arbre 1 et parallèles à l'axe 3 dont les extrémités libres viennent, au cours de la rotation, en contact avec les faces arrières alternativement du volet 2a puis du volet 2b par rapport au flux F.Les volets 2a,2b offrent ainsi alternativement une résistance à l'écoulement du fluide se traduisant par une pression sur le volet 2a ou 2b de façon à produire un couple moteur communiqué à l'arbre porteur 1 sous forme d'un mouvement de rotation. L'axe rotatif 3 est porté par un berceau 10 solidaire de l'arbre 1. Le berceau 10 est adapté à l'axe 3 de manière à favoriser sa rotation avec le minimum de frottement. De même, l'arbre 1 est monté à l'intérieur d'un manchon cylindrique 4 solidaire à l'une de ses extrémités des butées 4a,4b. Le manchon 4 est pourvu à l'intérieur de paliers 14 entourant l'arbre 1 qui peut être rendu solidaire dudit manchon. Le manchon 4 qui porte les butées 4a et 4b constitue le manchon moteur. En effet le volet moteur 2a porte sur la butée 4a selon un plan de symétrie donc au niveau de la force produite par le fluide. I1 s'ensuit que la totalité du couple produit par le fluide est transmis au manchon moteur 4. L'axe rotatif 3, le berceau 10 et l'arbre 1 n'interviennent que pour le positionnement des volets. Sur la figure lb, les moyens de solidarisation de l'arbre 1 avec le manchon 4 comprennent une fente inclinée 44 pratiquée au travers de la paroi latérale dudit manchon 4 dans laquelle vient s'engager de façon mobile un doigt transversal 41 fixé sur l'arbre 1. Ainsi, un déplacement vertical de l'arbre 1 provoque un décalage des positions angulaires relatives de l'arbre 1 et du manchon 4 et donc un décalage angulaire des butées 4a,4b par rapport à l'axe 3 ce qui entraîne une réduction de la puissance du couple moteur. Dans un mode de réalisation avantageux, l'arbre 1 est couplé, à sa partie inférieure avec des moyens de déplacement vertical tels qu'une butée à billes 100 associée à un levier 101 de manoeuvre. Sous l'action du levier 101, l'arbre 1 est déplacé en translation selon son axe longitudinal par rapport au manchon 4, tout en effectuant une rotation autour du même axe d'un angle déterminé par les dimensions et l'orientation de la fente 44 de guidage coopérant avec le doigt 41. De cette façon, la manoeuvre du levier commande directement les butées 2a,2b. Si, en outre, la butée à billes est asservie à un instrument de mesure de la vitesse de rotation, on peut alors effectuer une régulaiion de cette vitesse par escamotage automatique des butées à partir d'un certain nombre de tours par unité de temps. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 2a, 2b, les butées 4a, 4b sont pourvues de découpes 44a, 44b dans lesquelles viennent s'engager les volets 2a,2b lors de leur phase motrice par rotation alternative de l'axe 3. Lors du fonctionnement normal du dispositif, l'arbre du rotor 1 et le manchon moteur 4 sont solidarisés par un embrayage ou un crabotage dans la position de la figure 2a. La figure 2a représente le dispositif de la figure 1 en vue de dessus avec les butées 4a, 4b en position de fonctionnement, c'est-àdire en contact alternatif avec les volets 2a, 2b. Dans ce cas de figure, l'arbre 1 ainsi que le manchon moteur sont animés du même mouvement de rotation. Si l'arbre 1 est désolidarisé du manchon moteur 4, le dispositif se met dans l'étant illustré par la figure 2b par rotation de l'arbre 1 dans le manchon 4. Les positions intermédiaires entre la figure 2a et 2b peuvent être utilisées dans un but de régulation de la vitesse. En effet si le berceau 10 est décalé par rapport aux butées 4a et 4b, le maître-couple de la surface 2a exposée au fluide diminue tandis que le maître-couple de la surface 2b exposée au fluide augmente. Nous avons donc une diminution du couple sur le manchon moteur. Dans le cas où le dispositif est exposé à des survitesses du fluide importantes et imprévisibles (tempêtes, cyclones, etc...), il est alors intéressant de prévoir une goupille sur l'axe 3 (figure 5) qui est susceptible d'être rompue par cisaillage sous l'action de la force centrifuge s'exerçant sur les volets. La goupille sera cisaillée dans le plan perpendiculaire si des efforts anormaux sont exercés sur les volets. Dans ce cas, il est possible également de mettre les volets 2a,2b en drapeaux en libérant les deux demi-axes. Selon encore un autre mode de réalisation (non représenté), il est prévu de monter deux axes rotatifs indépendants et perpendiculaires entre eux pour disposer de quatre volets moteurs. On peut également concevoir des modes de réalisation avec plus de deux axes rotatifs mais il faut alors tenir compte de l'encombrement des volets lorsqu'ils sont en phase pré ou post-motrice en augmentant par exemple la longueur des axes ou en réduisant la surface des volets. Le mode de réalisation des figures 3a et 3b est plus particulièrement adapté aux roues des trains d'atterrissage d'aéronefs. Dans ce cas, l'arbre porteur 1 est l'arbre d'une roue R et le ou les axes rotatifs 3 sont portés diamétralement par la jante 11. Lors de l'approche de l'aéronef préalablement à l'atterrissage, lorsque le train est sorti, le flux relatif F d'air est sensiblement perpendiculaire à l'arbre 1 des roues R. Les volets 2a,2b symétriques sont donc soumis alternativement à une pression d'air qui engendre un couple moteur entraînant ainsi les roues en rotation à une vitesse proportionnelle à la vitesse de l'aéronef. Lors du contact avec la piste les roues sont donc déjà en rotation et le frottement en est réduit, ce qui permet de limiter l'usure des pneus. De manière avantageuse, le flasque de la jante 11 est pourvue de lumières 11' réalisées au niveau de la projection des volets 2a,2b sur le flasque.Les butées 4a, 4b ' et l'orientation relative des volets 2a,2b sont alors réalisées de façon à ce qu'au cours de la rotation, le volet moteur fasse un angle compris entre 70 et 8O par rapport au plan du flasque soit entre 20- et 30- par rapport au plan défini par l'axe rotatif 3 et l'arbre entraîné 1. Sur la figure 3b, les butées sont constituées par les bords relevés 14 des lumières 11' dont la hauteur au-delà du plan du flasque de la jante 11 détermine l'inclinaison des volets 2a, 2b. De cette manière, l'air comprimé contre le volet moteur est réfléchi en grande partie contre le flasque au travers de la lumière 11' située à l'aplomb immédiat de la face avant dudit volet. Ce flux d'air réfléchi F' est ensuite canalisé à l'intérieur de la roue R vers le système de freinage en vue d'aider le refroidissement de l'ensemble de freinage. Une autre application du dispositif de l'invention réside dans la relance du rotor d'un autogire lors d'un éventuel décrochage en vol. Cette application est illustrée par la figure 4. Cette figure représente un autogire G mû par un propulseur P et sustenté grâce à la rotation libre d'un rotor à pales S. Le rotor S n'est pas entraîné mécaniquement. Par suite, si la vitesse de rotation du rotor S diminue, la force de sustentation diminue et l'autogire G commence à tomber, ce qui entraîne, compte-tenu des organes directionnels et notamment de l'empennage, une augmentation de l'angle d'attaque des pales du rotor S. Lorsque l'angle d'attaque dépasse l'angle de décrochage, les forces aérodynamiques sur chacune des pales sont pratiquement identiques et rien ne permet plus de relancer le rotor S. L'autogire va alors chuter de manière rapide et irrémédiable. Ce phénomène peut être évité grâce au dispositif de l'invention. On prévoit ainsi de réaliser le couplage par un embrayage E entre le rotor S et l'arbre 1 d'un dispositif conforme à l'invention comme représenté sur la figure 4. Si la rotation des pales du rotor S s'arrête en entraînant la chute de l'autogire G le fuselage L de ce dernier a tendance à s'orienter verticalement, ce qui produit un flux d'air relatif F sensiblement perpendiculaire à l'arbre 1 dans les mêmes conditions que celles évoquées dans la description des figures précédentes. De ce fait, l'axe 3, les volets 2a,2b et l'arbre 1 se mettent en mouvement et grâce à l'embrayage E entraînent le rotor S en rotation en évitant le décrochage de l'autogire G qui peut ainsi reprendre une trajectoire de vol normale en toute sécurité. L'embrayage E peut être commandé soit automatiquement à partir d'un plancher de vitesse déterminée du rotor S, soit manuellement par le pilote lui-même. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entraînement d'un arbre de rotor (1) sous l'action d'un fluide (Xi) en mouvement comprenant au moins: - un axe rotatif (3) solidaire et perpendiculaire à l'arbre, supportant à chacune de ses extrémités un volet (2a,2b) fixé sur l'axe (3) dans un plan perpendiculaire à celui du volet symétrique et - des butées (4a,4b) destinées à limiter la rotation de l'axe (3) entre deux positions où respectivement le plan de l'un ou l'autre des volets symétriques (2a,2b) offre une résistance au fluide de façon à transmettre un couple moteur audit arbre (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux axes rotatifs (3) perpendiculaires entre-eux, et indépendants. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les butées (4a,4b) sont destinées à être alternativement au cours de la rotation de l'arbre au contact de l'un puis de l'autre des volets symétriques (2a,2b) par rapport au sens d'écoulement du fluide. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les butées (4a,4b) sont constituées d'une barre transversale s'étendant parallèlement à l'axe rotatif qui est fixe par rapport à l'arbre porteur et dont les extrémités libres viennent lors de la rotation de l'axe au contact de la face arrière des volets par rapport au sens d'écoulement. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre porteur (1) du rotor est un arbre de roue (R) et l'axe rotatif (3) est porté diamétralement par la jante (11) de la roue. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'escamotage des butées (4a,4b) pour libérer les volets et provoquer l'arrêt du rotor. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe rotatif (3) est constitué de deux demi-axes alignés et solidarisés par une goupille susceptible d'être rompue à partir d'une certaine valeur d'effort pour mettre les deux volets symétriques (2a,2b) en drapeaux. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'escamotage des butées comprennent un manchon cylindrique (4) entourant l'arbre porteur (1) de façon coulissante et à l'extrémité duquel sont fixées les butées (4a,4b). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le manchon (4) est rendu solidaire de l'arbre (1) au moyen d'une fente inclinée (44) pratiquée au travers de la paroi latérale dudit manchon (4) et dans laquelle vient s'engager de façon amovible un doigt transversal (41) fixé sur ledit arbre (1). 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les butées (4a,4b) sont prévues pour que le volet moteur fasse un angle compris entre et 30' 30&commat; par rapport au plan défini par l'axe rotatif (3) et l'arbre entraîné (1). 11. Dispositif selon les revendications 5 et 10, caractérisé en ce que les volets (2a,2b) sont associés à des lumières (11') à bord relevés (14) pratiquées dans le flasque de la roue (R) à l'aplomb des volets (2a,2b) et communiquant avec le système de freinage de la roue. 12. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications précédentes pour le lancement en rotation des roues (R) d'un train d'atterrissage d'aéronef avant le contact avec le sol. 13. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, pour le refroidissement du système de freinage d'un train d'atterrissage. 14. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 11 pour la relance du rotor (S) d'un autogire (G) en cas de décrochage en vol.