Brevet FR2742201A1 — publié le 19970613

La présente invention concerne un dispositif pour réduire des vibrations engendrées sur la structure d'un hélicoptère par l'écoulement aérodynamique à travers le rotor principal de sustentation et d'avance dudit hélicoptère. On sait que le rotor principal, en tournant, aspire l'air situé au-dessus de lui et le refoule vers le bas, en l'accélérant, de manière à créer une veine d'air en mouvement. La pression et la vitesse de l'air varient tout au long de cette veine d'air. L'écoulement de cet air sur la structure de l'hélicoptère engendre des vibrations, notamment latérales et/ou verticales, particulièrement sensibles au niveau du poste de pilotage et généralement dénommées "tail shake" dans la technique aéronautique. Les vibrations ainsi engendrées sont principalement dues à l'excitation par l'écoulement aérodynamique précité des modes propres de la structure peu amortie de l'hélicoptère, et notamment du premier mode de flexion latérale et/ou verticale de la poutre de queue de l'hélicoptère. Les vibrations dues à l'excitation de ce premier mode de flexion latérale et/ou verticale présentent généralement une fréquence de quelques hertz et sont extrêmement nuisibles. Les différentes vibrations ainsi engendrées présentent de nombreux inconvénients, notamment - pour le confort de l'équipage et des passagers, - pour la fatigue des pièces et des équipements, ainsi que - pour le fonctionnement de systèmes d'armes lorsque l'héli coptère en est équipé. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités. Elle concerne un dispositif, de coût et d'encombrement réduits, pouvant être réalisé facilement, pour réduire de façon "passive", c'est-à-dire sans intervenir dans la commande d'organes de l'hélicoptère, des vibrations engendrées sur la structure dudit hélicoptère, par l'écoulement aérodynamique à travers le rotor principal de sustentation et d'avance dudit hélicoptère, lesdites vibrations présentant une direction principale de propagation. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte un moyen d'amortissement à masse battante, et en ce qu'il est monté, par deux extrémités qui forment une ligne sensiblement parallèle à la direction de déplacement de la masse battante, à l'intérieur de la structure de l'hélicoptère, à proximité du ventre des vibrations à réduire, de manière que la direction de déplacement de la masse battante soit sensiblement parallèle à ladite direction principale de propagation. Ainsi, grâce à l'invention, on obtient un dispositif efficace, de coût et d'encombrement réduits, pouvant de plus être réalisé facilement, pour réduire les vibrations présentées ci-dessus et remédier ainsi aux inconvénients précités. De façon avantageuse, le dispositif conforme à l'invention est monté dans la poutre de queue de l'hélicoptère, à proximité de la dérive dudit hélicoptère, ce qui permet de réduire efficacement les vibrations précitées, qui sont dues à l'excitation du premier mode de flexion latérale et/ou verticale de ladite poutre de queue et qui sont extrêmement nuisibles. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, ledit dispositif comporte une chambre longitudinale, par exemple de forme cylindrique, qui est munie d'au moins un étranglement central et de deux parois latérales mobiles, contraintes élastiquement, et qui est remplie d'un fluide, de préférence un liquide visqueux, représentant la masse battante. Dans un premier mode de réalisation, la contrainte élastique engendrée sur lesdites parois mobiles est créée par des ressorts pneumatiques, c'est-à-dire par un gaz sous pression pressé contre les faces externes desdites parois mobiles, tandis que dans un second mode de réalisation, ladite contrainte élastique est créée par des ressorts mécaniques, par exemple des "rondelles bellevilles". Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 illustre schématiquement un hélicoptère équipé d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 2 est une coupe longitudinale d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 3 est une coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 1, montrant le dispositif de la figure 2 monté dans la poutre de queue de l'hélicoptère. La figure 4 illustre la réduction de vibrations, obtenue par un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif 1 conforme à l'invention est monté sur un hélicoptère 2 représenté schématiquement sur la figure 1 et il est destiné à réduire les vibrations connues sous le nom de "tail shake" dans la technique aéronautique, qui sont engendrées sur la structure dudit hélicoptère 2, tel que précisé ci-dessous. De façon connue, ledit hélicoptère 2 comporte, d'une part, un rotor principal 3 de sustentation et d'avance et, d'autre part, un rotor de queue 4 destiné à combattre le couple dudit rotor principal 3. On sait que, pour la mise en sustentation et pour l'avance de l'hélicoptère 2, le rotor principal 3 aspire de l'air de l'espace El situé au-dessus de lui et le refoule vers l'espace E2 situé au-dessous, en l'accélérant. I1 crée ainsi une veine d'air A en mouvement, de pression et de vitesse variables, dont le diamètre au niveau de l'hélicoptère 2 est sensiblement égal au diamètre de la voilure V, tel que représenté sur la figure 1. Au contact de l'hélicoptère 2, cet écoulement aérodynamique provoque des vibrations sur la structure peu amortie dudit hélicoptère 2. Ces vibrations, surtout latérales mais non exclusivement, sont dues principalement à l'excitation par l'écoulement aérodynamique des modes propres de la structure de l'hélicoptère 2 et notamment du premier mode de flexion latérale et/ou verticale de la poutre de queue 5 de l'hélicoptère 2. Les vibrations dues à l'excitation de ce premier mode de flexion latérale et/ou verticale présentent généralement une fréquence de quelques hertz et sont particulièrement nuisibles. Les différentes vibrations ainsi engendrées présentent notamment des inconvénients pour - le confort de l'équipage et des passagers, - la fatigue des pièces et des équipements, et - le fonctionnement de systèmes d'armes non représentés lorsque l'hélicoptère 2 en est équipé. Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté sur la figure 2 dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, est destiné à réduire lesdites vibrations pour remédier à ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif 1 comporte un moyen d'amortissement à masse battante FL, tel que précisé ci-dessous, et il est monté par deux extrémités 6 et 7 qui forment une ligne sensiblement parallèle à la direction X-X de déplacement de la masse battante FL, à l'intérieur de la structure de l'hélicoptère 2, à proximité du ventre des vibrations à réduire, de manière que la direction X-X de déplacement de la masse battante FL soit sensiblement parallèle à la direction principale de propagation DP desdites vibrations à réduire, non représentées. Dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 3, ladite direction principale de propagation DP des vibrations est supposée latérale, c'est-à-dire sensiblement orthogonale au plan longitudinal vertical médian P de l'hélicoptère 2, tel que représenté sur la figure 3. Dans ce cas, le dispositif 1 conforme à l'invention est monté, de préférence, dans la structure 5A de la poutre de queue 5 à proximité de la dérive D et de l'empennage horizontal H, la direction X-X de déplacement de la masse battante FL étant orientée de façon sensiblement orthogonale audit plan P. Le dispositif 1 ainsi agencé est susceptible de réduire de façon importante les vibrations extrêmement nuisibles précitées, qui sont dues à l'excitation du premier mode de flexion latérale de la poutre de queue 5 et qui présentent une direction principale de propagation DP latérale. Pour ce faire, dans le mode de réalisation particulièrement avantageux représenté, ledit dispositif 1 comporte une enceinte cylindrique 8, d'axe X-X, formant une chambre 9 susceptible d'être remplie par un fluide FL sous pression, de préférence un liquide visqueux, représentant la masse battante. Ladite chambre 9 est limitée longitudinalement, des deux côtés, par des parois mobiles 10 et ll précisées ci-dessous, et elle présente un étranglement central 9A, dû à une saillie annulaire interne 12 solidaire de l'enceinte 8 au centre de celle-ci. Ledit fluide FL sous pression, qui sert de masse battante, peut se déplacer longitudinalement (c'est-à-dire suivant l'axe X-X), grâce auxdites parois mobiles 10 et 11 qui sont contraintes élastiquement. Le déplacement dudit fluide FL est restreint par l'étranglement central 9A de la chambre 9, ce qui permet d'engendrer un amortissement permettant de réduire les vibrations gênantes. L'amortissement C dudit dispositif 1 vérifie la relation C = 2.a.M.w (avec = 2.U.Fl) dans laquelle - M représente la masse dudit fluide FL introduit dans la chambre 9 - F1 représente la fréquence propre du dispositif 1 ; et - a représente l'amortissement réduit souhaité, de préfé rence proche de 30%. Par ailleurs, l'enceinte 8 est formée de trois tronçons cylindriques raccordés ensemble, à savoir un tronçon central 8A et deux tronçons extrêmes 8B et 8C. De préférence, ledit tronçon central 8A et ladite saillie annulaire 12 sont réalisés en une seule pièce. De plus, la paroi 10 est réalisée sous forme d'une membrane circulaire encastrée, par son extrémité périphérique 10A, entre les tronçons 8A et 8B, et la paroi 11 est réalisée sous forme d'une membrane circulaire encastrée, par son extrémité périphérique llA, entre les tronçons 8A et 8C de l'enceinte 8. Lesdites parois 10 et il présentent chacune une zone annulaire souple, respectivement 10B et llB, formée à proximité de l'extrémité périphérique 10A ou 10B de la paroi correspondante 10 ou il et fournissant la souplesse nécessaire pour permettre le déplacement de ladite paroi 10 ou 11. La contrainte élastique desdites parois 10 et il peut être obtenue, soit au moyen de ressorts pneumatiques, comme précisé ci-dessous, soit au moyen de ressorts mécaniques 13 indiqués schématiquement. Comme ressorts mécaniques, on peut notamment utiliser des "ressorts à boudins" ou des "rondelles bellevilles". De tels ressorts mécaniques présentent l'avantage d'être peu sensibles à la température. Toutefois, de préférence, on utilise des ressorts pneumatiques constitués de gaz introduit, d'une part, dans une chambre 14 formée par la paroi 10 et le tronçon 8B de l'enceinte 8 et, d'autre part, dans une chambre 15 formée par la paroi il et le tronçon 8C de l'enceinte 8. La raideur desdits ressorts pneumatiques est réglée en modifiant la pression du gaz dans lesdites chambres 14 et 15, à l'aide de moyens connus et non représentés. On notera que la somme K des raideurs des deux ressorts pneumatiques ainsi formés vérifie la relation K = M.oe2, M étant la masse du fluide FL de la chambre 9 et w la pulsation propre du dispositif l. Le dispositif l comporte, de plus, un moyen de fixation, permettant de fixer ledit dispositif l sur l'hélicoptère 2 et comprenant deux plaques saillantes 16 et 17, qui sont agencées à l'extérieur, longitudinalement de part et d'autre de l'enceinte 8, et qui sont pourvues chacune d'un trou, respectivement 6 et 7. Ledit dispositif l est fixé sur la structure 5A de la poutre de queue 5, comme représenté sur la figure 3, au moyen de deux tourillons 18 et 19 qui sont prévus sur des plaquettes 20 et 21 solidaires de ladite structure 5A et qui traversent lesdits trous 6 et 7 et sont fixés sur lesdites plaques saillantes 16 et 17. Comme indiqué précédemment, le dispositif l conforme à l'invention est destiné, dans la position de montage de la figure 3, à réduire des vibrations latérales. Bien entendu, ledit dispositif 1 peut également être utilisé pour réduire des vibrations présentant une autre direction principale de propagation, notamment des vibrations verticales, c'est-à-dire parallèles au plan P. Pour réduire de telles vibrations verticales, il suffit de monter le dispositif 1 dans la structure 5A de sorte que l'axe X-X soit sensiblement parallèle à la direction principale de propagation de ces vibrations verticales. On notera que le dispositif 1 conforme à l'invention est susceptible de réduire aussi bien des vibrations sinusoïdales que des vibrations aléatoires. Sur la figure 4, on a représenté l'amplitude R des vibrations de la structure de l'hélicoptère 2 en fonction de la fréquence F, d'une part, pour une structure non amortie (signal S1) de fréquence propre Fp et, d'autre part, pour la même structure amortie par le dispositif 1 conforme à l'invention (signal S2). Comme on peut le voir, le pic de réponse à la fréquence propre Fp (du signal S1) est très fortement atténué par le dispositif 1 conforme à l'invention. REVENDICATIONS l. Dispositif pour réduire des vibrations engendrées sur la structure (5A) d'un hélicoptère (2), par l'écoulement aérodynamique à travers le rotor principal (3) de sustentation et d'avance dudit hélicoptère (2), lesdites vibrations présentant une direction principale de propagation (DP), caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'amortissement à masse battante (FL), et en ce qu'il est monté, par deux extrémités (6, 7) qui forment une ligne sensiblement parallèle à la direction (X-X) de déplacement de la masse battante (FL), à l'intérieur de la structure (5A) de l'hélicoptère (2), à proximité du ventre des vibrations à réduire, de manière que la direction (X-X) de déplacement de la masse battante (FL) soit sensiblement parallèle à ladite direction principale de propagation (DP). 2. Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il est monté dans la poutre de queue (5) de l'hélicoptère (2), à proximité de la dérive (D) dudit hélicoptère (2). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre longitudinale (9), qui est munie d'au moins un étranglement central (9A) et de deux parois latérales mobiles (10, 11), contraintes élastiquement, et qui est remplie d'un fluide (FL) représentant la masse battante. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite chambre (9) présente une forme cylindrique. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit fluide (FL) est un liquide visqueux. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la contrainte élastique engendrée sur les parois mobiles (10, 11) est créée par des ressorts pneumatiques. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la contrainte élastique engendrée sur les parois mobiles (10, 11) est créée par des ressorts mécaniques (13).