Brevet FR2742414A1 — publié le 19970620

I Système de commande des pales d'un rotor, destinée notamment à un hélicoptère L'invention concerne une commande de pales de rotor, notam- ment pour un hélicoptère, pour faire varier le pas de manière monocycli- que et bicyclique, comprenant un système de deux plateaux oscillants, avec un plateau oscillant monocyclique et un plateau oscillant bicyclique, réglable en inclinaison par rapport à un axe fixe, indépendamment du premier, et au moins couple de leviers de commande qui sont agencés en une sorte de triangle articulé et qui d'une part sont liés l'un à l'autre et d'autre part sont articulés sur les plateaux oscillants, avec une biellette de com- mande associée qui transmet au rotor, en faisant varier le pas de la pale, le mouvement du levier de commande par rapport à l'axe fixe lorsque le sys- tème de plateaux oscillants tourne. Il est connu qu'une commande d'angle de pas d'harmonique supé- rieure permet de réduire de manière très sensible la puissance de rotor d'un hélicoptère aux vitesses de vol élevées, de réduire fortement le bruit généré et d'améliorer considérablement le comportement vibratoire du rotor notamment pendant la phase d'atterrissage. L'action la plus forte sur ce plan est celle de la deuxième harmonique, c'est-à- dire de la commande bicyclique de pas (2/révolution), laquelle est particulièrement bien adap- tée pour réduire efficacement le pas à variation monocyclique dans les zones de rendement plus faible. Les commandes individuelles de pales, dans lesquelles au moins un actionneur hydraulique qui tourne avec le rotor et est actionné plu- sieurs fois au cours d'une révolution de celui-ci doit être associé à chacune des pales du rotor pour produire le mouvement de commande poly- cyclique, présentent un encombrement important et sont de grosses consomrmatrices d'énergie. En revanche, avec les commandes de pas du type indiqué en introduction, connues par le document US-PS-3 144 908, qui comportent deux plateaux oscillants réglables indépendamment l'un de l'autre ainsi que des couples de leviers de commande qui agissent entre lesdits plateaux oscillants animés d'un mouvement de rotation et sont liés aux pales du rotor par des biellettes de commande reliées au point d'arti- culation commun des couples de leviers, on génère par des moyens pure- ment cinématiques un mouvement de commande d'harmonique supérieure variable, formé de composantes de mouvement monocycliques et de com- posantes de mouvement bicycliques, ce qui supprime les actionneurs hydrauliques tournant avec le rotor et travaillant à une fréquence élevée, et réduit considérablement l'encombrement et la consommation d'énergie. Toutefois, l'inconvénient des commandes de pales de ce type est que la courbe de commande obtenue présente de fortes distorsions en ce qui concerne la deuxième harmonique et que les mouvements de com- mande bicycliques pouvant être obtenus sont trop faibles pour améliorer efficacement la puissance du rotor. La présente invention a pour objectif d'agencer une commande de pale de rotor du type indiqué en introduction de manière à obtenir, par des moyens constructifs simples, un mouvement de commande d'harmoni- que supérieur largement exempt de distorsions par rapport à la forme sinu- soïdale pure, formé de composantes de mouvement mono et bicycliques, variables à l'intérieur de larges limites. Cet objectif est atteint conformément à l'invention par le fait que le levier de commande du couple de leviers lié au plateau oscillant mono- cyclique est agencé sous la forme d'un levier coudé qui, au niveau de son sommet, est monté rotatif sur le plateau oscillant et qui présente un angle au sommet sensiblement égal à 90 et que la biellette de commande, côté couple de leviers, est reliée de manière articulée au bras libre du levier coudé. Conformément à l'invention, grace à l'agencement particulier du mécanisme de commande, avec un levier coudé à la place d'une biellette droite et à la prise du mouvement de réglage du pas à l'extrémité libre du levier coudé, la cinématique de la commande de pale de rotor est modifiée de telle sorte que, en ce qui concerne les composantes de mouvement bicy- cliques, on obtient une largeur de bande importante en amplitude et une forme sinusoïidale 2/révolution pratiquement sans distorsions sans qu'il soit nécessaire de recourir à des actionneurs hydrauliques actionnés avec la fréquence de travail bicyclique, actionneurs qui constituent une solu- tion à la fois complexe sur le plan de la construction et grande consommatrice d'énergie. La commande de pale de rotor conforme à l'invention permet ainsi d'obtenir de manière simple et énergétiquement économique une amélioration sensible de la puissance du rotor. Conformément à un autre agencement avantageux de l'inven- tion, la distance axiale entre les plateaux oscillants est sensiblement infé- rieure au rayon du plateau oscillant monocyclique. De préférence, la dis- tance axiale entre lesdits plateaux est environ cinq fois plus petite que le rayon du plateau oscillant monocyclique, ce qui augmente d'autant les variations d'amplitude des composantes de mouvement bicycliques pou- vant être obtenues en sortie, côté biellette de commande, de la commande de pale de rotor et d'améliorer de manière encore plus sensible la puis- sance du rotor. Conformément à un perfectionnement de l'invention, le levier de commande articulé sur le plateau oscillant bicyclique et le bras de levier côté biellette de commande du levier coudé, dans la position non inclinée des deux plateaux oscillants par rapport à l'axe fixe, sont sensiblement parallèles l'un à l'autre et sont disposés dans un plan perpendiculaire à l'axe fixe. Ainsi la commande de pale de rotor selon l'invention permet avantageusement d'obtenir une oscillation de base purement monocycli- que, sans composantes bicycliques. De préférence, l'angle au sommet du levier coudé est légère- ment, à savoir 5 à 10 inférieur à 90 . Ceci permet des mouvements de commande bicycliques encore plus grands. Les écarts par rapport à l'oscillation purement sinusoïdale qui en résultent sont très faibles et par suite n'ont aucune influence sensible sur la courbe de commande. Conformément à un autre agencement avantageux de l'inven- tion, la commande multicyclique de pas est combinée à une commande collective de pas, en ce sens que le système à deux plateaux oscillants est en outre réglable en hauteur par rapport à l'axe fixe. De manière particulièrement avantageuse, le dispositif de commande pour le réglage de l'inclinaison du plateau oscillant bicyclique par rapport au plateau oscillant monocyclique est disposé entre les parties non tournantes des deux plateaux. Les composantes de mouvement mono et bicycliques sont donc réglables en phase et en amplitude, indépendam- ment l'une de l'autre, par des ordres de commande distincts. Il est recom- mandé dans ce cas de prévoir au moins trois organes de réglage qui agis- sent entre les plateaux oscillants, à l'aide desquels la distance axiale entre les plateaux monocyclique et bicyclique peut être modifiée, ce qui élargit la plage d'utilisation de la commande de pales au cas dans lesquels on a besoin en plus d'un mouvement de commande sinusoïdal d'harmonique supérieure d'un mouvement de commande volontairement différent. Conformément à un perfectionnement avantageux de l'invention on utilise comme organes de réglage pour le réglage individuel de l'incli- naison des plateaux oscillants monocyclique et bicyclique des action- neurs hydrauliques à amplification de force qui sont actionnés par des ordres de commande. L'invention est décrite de manière détaillée dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de réalisation en liaison avec les dessins. Ceux-ci montrent de manière schématique: figure 1, l'agencement de base d'une commande mécanique de pale de rotor d'harmonique supérieure avec les deux plateaux oscillants dans la position d'inclinaison zéro, figure 2, une représentation selon la figure 1 avec les plateaux oscillants monocyclique et bicyclique dans des positions d'inclinaison différentes, figure 3, un diagramme représentant le mouvement de com- mande monocyclique (a), le mouvement de commande bicyclique (b) et le mouvement de commande (c) d'harmonique supérieure obtenu par combi- naison linéaire et, figure 4, une vue détaillée en perspective de la commande de pale de rotor avec des plateaux oscillants dans des positions inclinées dif- férentes par rapport à l'axe fixe. La commande de pale de rotor représentée sur les figures com- porte un système 2 de deux plateaux oscillants avec un plateau oscillant 4 monocyclique inférieur et un plateau oscillant 6 bicyclique supérieur ainsi que, pour chaque pale de rotor, un couple de leviers de commande 8 agencés en une sorte de triangle articulé qui agit entre les plateaux oscillants 4,6 et qui comprend un levier 10 coudé à 90 monté pivotant au niveau de son sommet sur le plateau oscillant 4 monocyclique et un levier de commande 14 qui est articulé d'un côté sur le plateau oscillant 6 bicyclique et de l'autre sur l'un des bras 12 du levier coudé. L'extrémité libre de l'autre bras 16 du levier coudé est reliée à la pale de rotor associée (non représentée) par l'intermédiaire d'une biellette de commande 18 sen- siblement parallèle à l'axe A, de manière à modifier le pas. Les deux plateaux oscillants 4 et 6 sont montés mutuellement coaxiaux sur un axe A commun - à la figure 4 sur l'axe de rotation du rotor - avec possibilité de déplacement en hauteur et peuvent basculer séparé- ment en valeur et en direction grâce à une articulation à joint de cardan ou à une articulation à rotule 20.1 et 20.2. Pour le reste, chaque plateau oscillant 4,6 est formé de manière connue d'une partie 4A et 6A de plateau oscillant fixe et d'une partie 4B et 6B de plateau oscillant qui tourne avec les couples de leviers 8 autour de l'axe A, à la même vitesse que le rotor. La rotation des parties 4B et 6B de plateaux oscillants en synchronisme avec le rotor est obtenue, comme représenté à la figure 4, au moyen d'entrai- neurs 24 couplés au mat 22 de rotor. Pour régler l'angle et la direction d'inclinaison ainsi que la posi- tion en hauteur du plateau oscillant 4 monocyclique par rapport à l'axe A fixe, il est prévu trois organes de réglage sous la forme d'actionneurs hydrauliques 26 actionnés par des ordres de commande (parmi lesquels deux seulement sont visibles sur les figures) qui agissent entre le plateau oscillant 4 et un point d'appui fixe. Indépendamment de ceux-ci, l'angle et la direction d'inclinaison ainsi qu'éventuellement la distance axiale du plateau oscillant 6 bicyclique par rapport au plateau oscillant 4 monocy- clique peuvent être réglés à l'aide de deux ou de trois actionneurs hydrau- liques 28 placés entre les deux plateaux oscillants. La distance entre les plateaux oscillants mesurée dans la direc- tion de l'axe A, est environ cinq fois plus petite que le rayon du plateau oscillant 4 monocyclique. Les longueurs respectives du bras 12 de levier et du levier de commande 14 sont choisies de telle sorte que le bras 12 de levier soit parallèle à l'axe A, lorsque les deux plateaux oscillants 4 et 6 sont inclinés simultanément et parallèlement l'un à l'autre autour de leur point d'articulation 20.1 et 20.2, c'est-à- dire que la longueur du levier de commande 14 est égale à la différence des rayons des plateaux oscillants 4, 6 et que la longueur du bras 12 de levier coudé correspond à la distance entre les plateaux. Le rapport des longueurs des bras de levier 16 et 12 dont dépend l'amplitude des composantes de mouvement bicycliques dans la direction de la biellette 18 tournante est d'environ 1 dans l'exemple de réa- lisation représenté. Tant que les deux plateaux oscillants 4 et 6 restent parallèles l'un à l'autre, le système 2 de plateaux agit pour chaque position d'inclinaison et chaque position en hauteur comme une commande ordinaire à plateaux oscillants, avec un mouvement de commande purement monocyclique de la biellette de commande 18 tournante à l'extrémité libre 30 du bras de levier, le levier 16 coudé restant sensiblement perpendiculaire à l'axe A. La courbe du mouvement de commande monocyclique, dont la phase et l'amplitude sont déterminées par un choix adapté de l'angle d'inclinaison et de la direction d'inclinaison du plateau oscillant 4, est représentée en pointillés sur la figure 3 (courbe a). Si maintenant on incline le plateau oscillant 6 bicyclique par rapport au plateau 4 monocyclique (figure 2), le couple de leviers de com- mande 8 entre en action dans le sens o le levier de commande 14, lors de la rotation autour de l'axe A fixe, exécute un mouvement de pivotement par rapport au plateau oscillant 6 bicyclique de sorte qu'au point le plus élevé du plateau 6 bicyclique, le levier prend une inclinaison maximale vers le bas (partie de droite de la figure 2) et, au point bas du plateau 6 le levier a une inclinaison maximale vers le haut par rapport audit plateau (partie de gauche de la figure 2). De ce fait, le levier de commande 14 fait pivoter le levier coudé 10 plus fortement vers l'intérieur par rapport au plateau monocyclique 4, et cela sensiblement aussi loin au point le plus élevé du plateau oscillant 6 bicyclique qu'au point le plus bas. Ceci se traduit par un mouvement de commande bicyclique de l'extrémité 30 libre du levier, dont l'amplitude et la phase dépendent de l'angle et de la position d'incli- naison choisis du plateau oscillant bicyclique par rapport au plateau oscillant monocyclique. Ce mouvement de commande bicyclique dont la courbe est représenté en trait mixte sur la figure 3 (courbe b) se superpose à l'oscillation de base "a" monocyclique et, de la combinaison linéaire des deux composantes d'oscillation "a" et "b", résulte le mouvement de com- mande "c" d'harmonique supérieure, d'ordre deux, qui est transmis à la pale de rotor concernée par l'intermédiaire de la biellette de commande 18. Le réglage de la courbe de commande d'harmonique supérieure est opéré par ordinateur à partir d'une table dans laquelle sont mémorisées des amplitudes et des phasages optimaux en fonction de la situation de vol.On a besoin pour cela, comme grandeurs d'entrée, de la position du manche à balai ainsi que des informations sur la situation et la vitesse de vol. A par- tir de ces données on calcule les courses de réglage des actionneurs hydrauliques. Afin de permettre un réglage précis des actionneurs, ceux- ci sont équipés de capteurs de course. Le mouvement de pivotement bicyclique du levier coudé 10 par rapport au plateau oscillant 4 peut être amplifié en utilisant un levier 10 coudé dont l'angle au sommet est inférieur d'environ 5 à 10 à 90 et en augmentant en conséquence la longueur des leviers de commande 14 comme représenté en pointillés sur la figure 1. Il s'ensuit un écart de la composante monocyclique de la courbe de commande par rapport à la forme sinusoïdale pure, mais cet écart est si faible que son influence est à peine perceptible. Comme indiqué plus haut, les deux plateaux oscillants 4 et 6 peu- vent aussi être montés avec possibilité de déplacement en hauteur indé- pendamment l'un de l'autre, sur l'axe A ou sur le mat de rotor 32, figure 4, et être couplés l'un à l'autre par plus de deux vérins de réglage 28 de telle sorte que l'on puisse régler non seulement l'angle d'inclinaison et la direc- tion d'inclinaison mais encore la distance axiale du plateau oscillant 6 bicyclique par rapport au plateau oscillant 4 monocyclique. Ceci permet de modifier l'allure de la courbe de commande obtenue à l'extrémité 30 libre du bras de levier par le biais de la distance entre plateaux réglée à l'aide des vérins de réglage 28, de manière ciblée par rapport à la courbe c sinusoïdale pure représentée sur la figure 3. REVENDICATIONS 1. Commande de pales de rotor, notamment pour un hélicoptère, pour faire varier le pas de manière monocyclique et bicyclique, compre- nant un système de deux plateaux oscillants, avec un plateau oscillant monocyclique et un plateau oscillant bicyclique, réglable en inclinaison par rapport à un axe fixe, indépendamment du premier, et au moins couple de leviers de commande qui sont agencés en une sorte de triangle articulé et qui d'une part sont liés l'un à l'autre et d'autre part sont articulés sur les plateaux oscillants, avec une biellette de commande associée qui transmet au rotor, en faisant varier le pas de la pale, le mouvement du levier de com- mande par rapport à l'axe fixe lorsque le système de plateaux oscillants tourne, caractérisée par le fait que le levier de commande du couple de leviers (10, 14) lié au plateau oscillant (4) monocyclique est agencé sous forme de levier coudé (10) qui, au niveau de son sommet, est monté rotatif sur le plateau oscillant (4) et qui présente un angle au sommet sensible- ment égal à 90 et par le fait que la biellette de commande (18), côté couple de leviers, est reliée de manière articulée au bras (16) libre du levier coudé. 2. Commande de pales de rotor selon la revendication 1, caracté- risée par le fait que la distance axiale entre les plateaux oscillants (4, 6) est sensiblement inférieure au rayon du plateau oscillant (4) monocyclique. 3. Commande de pales de rotor selon la revendication 2, caracté- risée par le fait que la distance axiale entre les plateaux oscillants (4, 6) est environ cinq fois plus petite que le rayon du plateau oscillant (4) monocy- clique. 4. Commande de pales de rotor selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée par le fait que le levier de commande (14) articulé sur le plateau oscillant (6) bicyclique et le bras (16) côté biel- lette de commande du levier coudé (10), dans la position non inclinée des deux plateaux oscillants (4, 6) par rapport à l'axe (A) fixe, sont sensible- ment parallèles l'un à l'autre et sont disposés dans un plan perpendiculaire à l'axe fixe. 5. Commande de pales de rotor selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée par le fait que l'angle au sommet du levier coudé (10) est légèrement, à savoir 5 à 10 inférieur à 90 6. Commande de pales de rotor selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée par le fait que le système (2) de deux plateaux oscillants, à des fins de variation collective du pas, peut en outre être réglé en hauteur par rapport à l'axe (A) fixe. 7. Commande de pales de rotor selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée par le fait qu'il est prévu, pour régler l'inclinaison du plateau oscillant (6) bicyclique par rapport au plateau oscillant (4) monocyclique, un dispositif de réglage (organes de réglage 28) qui agit entre les parties non tournantes (4A, 6A) des deux plateaux oscillants. 8. Commande de pales de rotor selon l'une la revendication 7, caractérisée par le fait que le dispositif de réglage comprend au moins trois organes de réglage (28) qui agissent entre les plateaux oscillants (4, 6), au moyen desquels la distance axiale entre les plateaux oscillant bicy- clique (6) et monocyclique (4) peut être modifiée. 9. Commande de pales de rotor selon l'une la revendication 7 ou 8, caractérisée par le fait que les organes de réglage (28) sont des vérins hydrauliques à amplification de force.