Brevet FR2696707A3 — publié le 19940415

FR 2696707 A3 19940415 FR 9114595 A 19911126 Hélice destinée travailler en régime supersonique pour la propulsion aérienne La presente invention concerne les hélices aériennes , pour propulseurs d'aéronef en general et particuliérement pour un appareil individuel devol La plupart des moteurs donnent leur puissance maximale à une vitesse de rotation plutôt elevée .Si on accouple une hélice,directement sur l'axe dudit moteur ,ladite hélice tourne à la méme vitesse que le moteur ,alors les extrémités des pales de l'hélice dépassent la vitesse du son dans l'air (qui est d'environ 340 m/s dans l'air au niveau du sol).Il en resulte des effets de compression de l'air au niveau de ces parties qui provoquent une augmentation du couple résistant et une diminution de la traction ,donc une perte de rendement Sont connues quelques solutions permettant d'améliorer la situation ,par exemple en transformant la section des pales proche des extremités en un profil du type laminaire et en donnant à la pale un léger gauchissement négatif ,ou en disposant un réducteur de vitesse angulaire entre le vilebrequin du moteur et l'hélice .Avec ces modifications ,.la perte de rendement n'est pas trop importante tant que la vitesse tangentielle des extrémités n'excède pas la vitesse du son dans ltair . La presente demande propose une forme de pales d'hélice qui permette de dépasser la vitesse du son sur les extrémités des dites pales ,et par suite de placer directement l'hélice sur ltaxe du moteur ,sans réducteur Earceque chaque partie d'une pale d'hélice à une section droite semblable à un profil d'aile d'avion et parceque pendant la rotation une pale d'hélice se comporte comme une aile d'avion ,on peut faire une analogie entre les deux pour les trois types differents d'ailes d'avion connus Le premier cas est relatif à l'analogie entre une aile d'avion qui vole à une vitesse subsonique et qui presente une forme d'aile en general rectangulaire et une pale d'hélice normale Le deuxieme cas est l'analogie entre une aile en flèche pour avion volant à une vitesse transsonique et une pale d'hélice rapide moderne qui a une forme en plan qui ressemble à une aile en flèche Le troisieme cas nous conduit ,selon l'invention ,à une analogie entre pale d'hélice et aile delta d'avion destiné à voler à une vitesse supersonique .Une telle pale d' hélice est 1' objet de la presente demande de brevet et qui à donc une forme en plan qui correspond à une aile delta Dans ce dernier cas l'air qui vient de face est orienté selon des angles faibles par rapport au bord d'attaque ,comme dans le cas d' une aile delta En section ,cette pale presente vers ses extremités un profil fin et laminaire ,comme le profil d'une aile delta Cette hélice peut être particulièrement adaptée à un appareil individuel de vol ,tel que décrit dans la demande du brevet français No. 9012452 déposé le 9 oct. 1990 du pres ent demandeur ,comportant un appareil individuel de vol constitué de deux moteurs à combustion interne entraînant deux hélices disposées selon un plan horizontal à la partie superieure des deux moteurs ,ces deux moteurs étant soutenus par une barre ou un tube qui peut supporter ,au milieu ,la combinaison de vol du pilote .Selon ce brevet sur cette barre se trouvent aussi deux barres verticales avec deux manettes ::1' une pour I'accélération et l'autre pour la manoeuvre de rotation de Appareil , par deux ailes orientables , placées au dessous des hélices .Dans un tel appareil une telle hélice permet d'éviter d' interposer un réducteur ,générateur de poids et de volume supplementaire particulièrement nuisible dans le cas d'un appareil portable Pour un tel appareil ,l'hélice qui constitue la presente demande de brevet peut être à pas fixe et comme pour d'autres utilisations être adaptée pour presenter un pas variable autour d'un axe disposé en prolongement du bord de fuite et sensiblement radial ,pour ne pas toucher les petites ailettes d'orientation dans le cas de l'appareil individuel de vol ,qui se trouvent au dessous ,pendant la variation du pas .Dans ce cas ,ledit axe peut pivoter dans un tige de liaison disposée obliquement et reliée au bord d'attaque de la pale qui assure la rigidité avec la partie frontale de ladite pale Selon une autre caracteristique de cette hélice ,sur le bord d' attaque de chaque pale est prévu un orifice qui ,pendant la rotation d'hélice ,peut capter et diriger l'air par un canal disposé à ltinterieur de la pale ,vers le centre du moyeu d' hélice pour livrer au moteur qui ltentratne de ltair d'admission a une pression elevée Des figures sont jointes à titre illustratif Les figures la et lb correspondent à 1' analogie entre une aile d'avion qui vole à une vitesse subsonique et qui presente une forme d'aile en géneral rectangulaire et une pale d'hélice normale qui ressemble à une aile rectangulaire Les figures 2a et 2b representent l'analogie entre une aile en flèche d'avion qui vole à une vitesse transsonique et une pale d'hélice rapide moderne qui à une forme en plan qui ressemble à une aile en flèche Les figures 3a et 3b illustrent l'analogie entre une aile delta d'avion destinée à voler à vitesse supersonique et une pale d'hélice qui est l'objet de la presente demande de brevet et qui a une forme en plan correspondant à une aile delta La figure 4 represente un mode de réalisation de l'hélice avec un minimum de 2 pales selon l'invention ,presentant une forme caractéristique ,caractérisée par un profil mince d'aile delta dont le bord d' attaque convexe presente angulairement sur toute sa longueur un angles faible par rapport aux circonferences balayées par les filets d' air correspondants ,cet angle allant en diminuant du moyeu (o(1)vers l'extrémité et s' annulant (o4)en extrémité ou le bord de fuite est sensiblement radial .Cette figure illustre une hélice avec des pales à pas variables ,celles ci sont attachées aux moyeu (8)par deux élements ,un axe (1) qui est l'axe de pivotement des pales et qui est contenu dans le palier (3)et la tige (2)qui fait la liaison entre l'axe (1) et la partie frontale des pales .Dans cette figure sont également representés des canaux (4)qui sont prévus dans les pales pour capter l'air et se prolongent par 1' axe (1) jusqu' au centre du moyeu d' hélice pour livrer au moteur l'air admis avec une pression elevée La figure 5 est une vue montrant par différents coupes circonferentielles realisées selon les différents rayons R1 à Rs ,les profils correspondants de la pale d'hélice conforme à ltinvention presentant des angles d'incidence )rdécroissants La figure 6 est une vue latérale d'une hélice bipale à profil droit La figure 7 est une vue latérale d'une hélice avec pales presentant de profil un gauchissement vers l'arrière ,dans le but de diminuer l'angle d'attaque de la pale vers son extremité La figure 8 represente la vue de face d'une pale à pas variable autour de l'axe (1)supporté par le palier (3) et pourvue d'un canal (4) avec orifice d'entrée (5)sur le bord d'attaque ,l'axe (l)étant relié par une tige de renfort (2)à la partie avant de la pale qui est pourvue par ailleurs d'une découpe centrale concave (6)corespondant à une fraction angulaire de la peripherie du moyeu de l'hélice Les figures 9 et 10 illustrent deux variantes d'hélices avec 3 et 4 pales La figure il represente une vue en perspective d' une hélice bipale La figure 12 represente une hélice à pas variable adaptée pour des aeronefs destinés a voler avec une grande vitesse ,d'environ 1000 km/h ;on peut voir que chaque pale est prolongée en partie avant du moyeu par une partie profilée en triangle (11) . La figure 13 représente la même hélice à pas variable ,les pales étant dans la position de pas réduit" qui est spécifique au decollage de l'aéronef ,ou le prolongement (ll)est decalé vers l'arrière par rapport au moyeu En réference à ces dessins ,hélice qui fait I'objet- de cette invention est constituée par un nombre minimum de 2 pales , mais aussi par exemple 3 ou 4 selon les figures 6 et 7 ,qui ont toujours un profil mince d'aile delta dont le bord d'attaque presente angulairement sur toute sa longueur un angle faible 90qo0 décroissant du moyeu vers l'extrémité ,en allant en diminuant progressivement dudit moyeu vers ladite extrémité et dont le bord de fuite (9) est sensiblement radial. Ainsi cette hélice presente comme oaractéristique principale à la difference de toutes les autres hélices connues que du fait de leur forme qui ressemble à une aile delta les extrémités de ses pales peuvent dépasser la vitesse du son dans l'air ,ce qui a comme conséquence ,que cette hélice peut etre montée directement sur l'axe d'un moteur sans avoir besoin d'un réducteur de vitesse ,ce qui permet à l'appareil de gagner en légèrité et en simplicité ,notamment utilisable dans le cas de l'appareil individuel de vol décrit précédement Une telle hélice peut etre realisée avec des pales à pas variable ,dans ce cas elles sont attachées au moyeu par deux éléments : un axe (1) qui est l'axe de pivotement des pales et qui est contenu dans un palier (3) du moyeu et la tige (2) qui fait la liaison entre l'axe (1) et la partie frontale des pales ,cette tige se deplagant dans une lumière oblongue (7) arquée sur la surface du moyeu d'hélice L'axe (1) est disposé en prolongement du bord de fuite (9) et sensiblement parallèle avec ledit bord de fuite qui est sensiblement radial .La tige (2) est disposée avec un angle compris entre 800 et 1200 sur l'axe (1) et elle se prolonge avec le bord d'attaque de la pale qui presente en plan la forme suivante : il démarre sensiblement perpendiculairement au corps du moyeu (8) ,s'incurve ,puis se continue avec une forme arquée comme une développante de cercle qui fait des angles faibles et presque égaux par rapport aux circonferences balayées correspondantes ,puis ces angles diminuent vers la partie extreme où ils 8'annulent à leur point de tangence avec la circonference extréme balayée ,de sorte à être assimilable à une aile delta d'avion supersonique ,montée rotative ,la largeur de cette pale étant maximum dans sa partie médiane Entre les deux parties de liaison au moyeu ,la pale presente par ailleurs une découpe concave (6) située à ltexterieur dudit moyeu Parceque les pales presentent une forme large ,on peut adapter facilement un canal incurvé (4) qui ,pendant la rotation de l'hélice peut capter l'air par une prise d'air (5) placée sur le bord d'attaque (10) et le diriger vers le centre du moyeu d'hélice pour livrer au moteur l'air avec une pression elevée faisant office ainsi de compresseur de l'air d' admission Dans le cas d'une hélice à pas variable destinée à fonctionner sur un aéronef qui vole à grande vitesse ,d'approximativement 1000 kmSh ,chaque pale comporte un prolongement avant assurant la continuité du bord d'attaque de la pale vers la partie avant du moyeu , se terminant vers la pointe dans une direction sensiblement parallèle à l'axe dudit moyeu ,dans sa configuration de pas maximum ,à la manière d'un triangle incurvé à concavité dirigée vers 1' avant ,de sorte à former un profil aérodynamique canalisant les flux frontaux à grande vitesse de vol de l'aéronef ,la pointe de ce triangle étant disposée vers l'avant du moyeu et le côté opposé étant confondu avec la partie perpendiculaire au moyeu du bord d'attaque de la pale REVENDICATIONS 1. Hélice de propulsion aérienne destinée à travailler en régime supersonique ,caracterisée en ce qu' elle comporte au moins deux pales ,presentant un profil mince dont le bord d'attaque (10) démarre sensiblement perpendiculairement au corps du moyeu (8) , s' incurve puis se poursuit avec une forme arquée comme une développante de cercle et qui fait des angles faibles et presque égaux par rapport aux circonferences balayées correspondantes, puis ces angles diminuent vers la partie extréme ou ils s' annulent à leur point de tangence avec la circonference extrême balayée ,de sorte à être assimilable à une aile delta d' avion supersonique ,montée rotative la largeur de cette pale est maximum dans sa partie médiane et son bord de fuite (9) est sensiblement radial 2. Hélice de propulsion aérienne selon revendication 1 dans laquelle les pales sont à pas variable , caracterisée en ce que les dites pales sont attachées au moyeu (8) par deux elements : un axe (1) qui est l'axe de rotation des pales ét qui est contenu dans des paliers (3),disposés parallélement au bord de fuite et une tige (2) qui fait une liaison entre ledit axe (1) et la partie frontale interieure des pales et qui se déplace dans une lumiére arquée (7) du moyeu (8) et en ce que la pale presente au niveau de sa partie située près du moyeu une découpe concave (6)située à l'exterieur dudit moyeu (8). 3. Hélice de propulsion aérienne selon la revendication-D caractérisée en ce que chaque pale presente un prolongement vers l'avant assurant la continuité du bord d'attaque de la pale vers la partie avant du moyeu ,se terminant vers la pointe dans une direction sensiblement parallele à l'axe dudit moyeu ,à la manière d'un triangle incurvé à concavité dirigée vers l'avant dont la pointe est en avant du moyeu et le côté opposé confondu avec la partie perpendiculaire au moyeu du bord d'attaque de la pale ,de sorte à former un profil aérodynamiaue canalisant les flux frontaux à grande vitesse de vol de l'appareil. 4. Hélice de propulsion aérienne selon la revendication 1 caracterisée en ce que chaque pale d'hélice presente interieurement un canal (4) incurvé de prise d'air (5) destiné à capter l'air sur le bord d'attaque et à le diriger par l'axe (1) d'entralnement vers le centre du moyeu d'hélice pour livrer au moteur ledit air avec une pression elevée