Brevet FR2749561A1 — publié le 19971212

TRAIN D'ATTERRISSAGE A PATINS POUR HELICOPTERE La présente invention concerne un train d'atterris- sage pour hélicoptère, plus particulièrement destiné aux hélicoptères légers, comprenant deux patins présentant chacun une plage longitudinale d'appui au sol et reliés à une traverse avant et à une traverse arrière elles-mêmes assujetties à la structure de l'appareil par des organes de liaison, la traverse arrière étant fixée par les extrémités de ses branches descendantes à la partie arrière desdites plages longitudinales d'appui. De façon classique, les atterrisseurs à patins comprennent principalement quatre éléments: deux traverses reliées à la cellule par le haut et deux patins de contact avec le sol reliés aux parties inférieures des traverses. De tels atterrisseurs classiques sont décrits par exemple dans le document US 2 641 423 et dans le document FR 1 578 594. A l'atterrissage, l'énergie d'impact est absorbée par déformation élastique puis plastique des traverses, essentiellement par un travail en flexion. En règle générale les traverses sont en tubes d'acier et les patins en tubes d'aluminium. L'inconvénient majeur de ce concept réside dans la grande rigidité du système, qui se traduit par des facteurs d'accélération élevés lors des atterrissages, une adaptation en fréquence difficile, relativement au phénomène dit de "résonance sol", et un poids de l'atterrisseur assez élevé. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients de la technique antérieure et d'obtenir un train d'atterrissage d'hélicoptère de conception nouvelle permettant de réduire les inconvénients précédents dans des proportions significatives: - réduction de la masse d'environ 20 %, - simplification de la fabrication et réduction du coût d'environ 10 %, - réduction du facteur de charge à l'atterrissage d'environ 10 %, - suppression des systèmes mécaniques antirésonance sol. A cet effet, un train d'atterrissage conforme à l'invention, du type défini au début, est caractérisé en ce que chacun desdits patins présente à l'avant une zone de transition inclinée à double courbure s'orientant transver- salement auxdites plages longitudinales d'appui au sol, au- dessus du plan de ces dernières, les deux zones de transi- tion constituant ensemble, de la sorte, une traverse avant intégrée, décalée soit vers l'avant, soit vers l'arrière par rapport à la délimitation avant du plan de contact desdites plages longitudinales d'appui des patins sur le sol. La partie arrière de ce train jouera le rôle des patins proprement dits: lors des atterrissages, elle viendra en contact avec le sol et transmettra principalement la torsion différentielle entre les éléments avant et arrière du train. La traverse avant, qui se trouve ainsi intégrée à la partie "patin", contribuera au bilan global d'énergie et jouera, grâce à la flexion desdites zones de transition, un rôle prépondérant pour l'absorption des forces engendrées lors des atterrissages durs et glissés: elle interdira l'effacement complet de l'atterrisseur vers l'arrière quand les vitesses de glissé seront très élevées. On comprend que la forme générale de cette traverse avant intégrée, et située en porte-à-faux à l'avant des patins, ou en retrait vers l'arrière, résulte principalement de cintrages des tubes, dans deux plans différents, des deux côtés du train (droit et gauche). Le comportement en résonance sol est caractérisé notamment par la raideur en roulis de l'atterrisseur. Le mode de fixation de l'atterrisseur à la structure étant effectué, par exemple par l'intermédiaire d'un seul point arrière et de deux points avant, la raideur en torsion par rapport à l'axe de tangage est principalement obtenue par la flexion de la traverse avant. La variante selon laquelle les points d'appui au sol de la traverse avant sont déportés longitudinalement vers l'avant de l'appareil par rapport aux points de fixation sur la structure de celui-ci présente l'avantage de permettre que le fonctionnement en roulis de l'ensemble fasse travailler la traverse avant à la fois en torsion et en flexion au lieu d'en flexion pure. Il en résulte une raideur en roulis abaissée, ce qui améliore le comportement de l'hélicoptère en résonance sol dans le mode de roulis, ce qui évite tout phénomène divergent risquant de causer un accident. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, l'ensemble des patins et traverses est consti- tué de tubes d'aluminium, cet aluminium étant caractérisé par une limite élastique égale à environ 75 % de la résis- tance à la rupture, et par un allongement relatif à la rupture au moins égal à 12 %. Avantageusement aussi, l'épaisseur de paroi des tubes constituant lesdites traverses avant et arrière est dégressive entre la partie centrale de la traverse et sa jonction au patin correspondant. Ces différents compromis permettront de satisfaire aux exigences de dimensionnement de l'atterrisseur et de répondre aux trois critères suivants: - absorption d'énergie correspondant aux vitesses verticales d'impact normatives, - vitesse critique d'atterrissage entraînant une déformation résiduelle, située au-delà du spectre d'utilisa- tion nominal, et - souplesse suffisante pour éviter l'utilisation d'un système additionnel antirésonnant. La traverse arrière pourra être reliée de façon classique à la partie arrière des plages longitudinales d'appui. On pourra ainsi prévoir que les extrémités des branches descendantes de la traverse arrière sont fixées auxdites plages longitudinales d'appui des patins par l'intermédiaire de manchons en aluminium. La traverse avant intégrée, comme la traverse arrière, avec leurs organes de liaison à la structure de l'appareil, pourront être réalisées selon différentes variantes. Un train d'atterrissage conforme à l'invention pourra ainsi être caractérisé en ce que ladite traverse avant est constituée de deux demi-branches reliées l'une à l'autre vers le milieu de la traverse par un moyen de jonction démontable et établissant la continuité de la traverse en flexion. A titre de variante on pourra cependant prévoir que ladite traverse avant est constituée d'une seule branche dont les extrémités sont chacune reliées par un moyen de jonction démontable à la partie avant du patin corres- pondant, ce moyen de jonction étant disposé entre les deux courbures de la zone de transition concernée. Dans les deux cas on pourra utiliser des moyens de jonction constitués par un système de manchon vissé en aluminium ou par un collier de fixation, ou encore assurer la jonction par collage ou soudage lorsqu'une possibilité de démontage ne sera pas exigée. Quant aux organes de liaison entre lesdites traver- ses avant et arrière et la structure de l'appareil, on pourra prévoir qu'ils sont du type à frottement contrôlé en rotation, comportant à cet effet deux demi-colliers ou analogues enserrant le tube de la traverse, avec interposi- tion d'un palier de matériau élastique du genre élastomère. En effet, l'une des caractéristiques de l'invention réside dans le fait qu'il existe un mouvement relatif de rotation entre la traverse avant et la structure lors du fonctionne- ment normal du train d'atterrissage. Ce mouvement peut être utilisé pour introduire un éventuel amortissement. Ces organes de liaison présenteront ainsi une souplesse permettant de réduire les contraintes et moments locaux dus aux grandes déformations, en autorisant un degré de liberté en rotation. On pourra encore prévoir plusieurs agencements différents pour la disposition de ces organes de liaison entre le train d'atterrissage et la structure de l'hélicop- tère, notamment en fonction des dimensions et de la masse de ce dernier. On pourra prévoir par exemple que le train comporte au moins trois organes de liaison à la structure de l'appa- reil, dont un assujetti centralement sur l'une desdites traverses et les deux autres assujettis, en étant mutuelle- ment écartés de part et d'autre de l'axe longitudinal du train, sur l'autre traverse, ou encore qu'il comporte quatre organes de liaison à la structure de l'appareil, assujettis deux par deux sur l'une et l'autre traverse, en étant encore mutuellement écartés de part et d'autre de l'axe longitudi- nal du train. Avantageusement encore, on peut mettre en oeuvre une traverse avant ou arrière présentant, entre deux tronçons de traverse, une interruption dans sa partie centrale, lesdits organes de liaison à la structure de l'appareil étant alors assujettis en tant qu'articulations à rappel élastique aux extrémités desdits tronçons. Selon encore une autre caractéristique de l'inven- tion, ladite traverse arrière est constituée, pour sa partie avant, d'un tube à profil aérodynamique cintré formant bord d'attaque, ce tube étant prolongé vers l'arrière par un carénage rapporté formant bord de fuite. Cette disposition assurera une double fonction de résistance par un dimensionnement de même rigidité que le tube de référence, et une fonction aérodynamique relative à la stabilité de l'hélicoptère. Quant au carénage rapporté, il pourra ne pas participer à la résistance en flexion de la traverse et être fixé sur la partie structurale avant par tout moyen approprié, tel que vis, rivets ou collage. Le train d'atterrissage pourra encore comporter des marchepieds fixés sur lesdites zones de transition inclinées à l'avant des patins, au- dessous des portes d'accès à la cabine, ces marchepieds s'étendant, à partir desdites zones de transition, uniquement vers l'arrière, ce qui permettra tout glissement éventuel de câble, rendant inutile l'utili- sation de coupe-câbles dans les parties inférieures de l'hélicoptère. Des modes d'exécution de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'exemples nullement limitatifs avec référence aux figures du dessin ci-annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un train d'atterrissage d'hélicoptère conforme à l'invention; - la figure 2 représente en coupe transversale l'organe de liaison à rappel élastique de la traverse arrière à l'appareil; - la figure 3a est une vue du manchon de liaison au niveau des extrémités des branches descendantes de la traverse arrière, en coupe par l'axe de la plage longitudi- nale d'appui correspondante; - la figure 3b est une vue du manchon selon une coupe transversale à cet axe; - la figure 4a est une vue de profil de la partie avant du train, montrant l'une des courbures de la zone de transition tubulaire entre la plage d'appui au sol corres- pondante et la traverse avant; - la figure 4b est une vue selon la ligne IV-IV de la figure 4a, montrant l'autre courbure de la zone de transition entre la précédente et la partie rectiligne de la traverse; - la figure 5 est une vue en coupe axiale d'un manchon de jonction démontable entre deux demi-branches d'une traverse avant; - la figure 6 est une vue en coupe transversale à l'axe, de l'organe de liaison à rappel élastique en rota- tion, permettant d'assurer la liaison entre la traverse avant et la structure de l'hélicoptère; - la figure 7 est une vue en coupe transversale d'une traverse arrière à profil aérodynamique; - la figure 8 est une vue de profil partielle de la partie avant d'un hélicoptère équipé d'un train d'atterris- sage conforme à l'invention, montrant la disposition des marchepieds; - la figure 9a montre, à titre de variante et en coupe axiale, un collier de fixation également utilisable pour réaliser la jonction entre les deux demi-branches de la traverse avant, la figure 9b étant une vue en coupe trans- versale de ce manchon; - la figure 10 est une vue en perspective partielle de l'avant du train d'atterrissage montrant une variante pour l'emplacement du moyen de jonction démontable entre la traverse avant et la partie avant du patin correspondant; - les figures lla à lld montrent plusieurs variantes pour l'emplacement des organes de liaison entre les traver- ses avant et arrière du train et la structure de l'appareil; - la figure lie montre la possibilité de décaler vers l'arrière la traverse avant intégrée; - la figure 12 montre en perspective les déformées d'un train d'atterrissage classique de référence; et - la figure 13 montre comparativement, avec les mêmes échelles, les déformées d'un train d'atterrissage conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a désigné globalement en P les deux patins du train d'atterrissage, réalisés entièrement en tubes d'aluminium et dont les plages longitudinales d'appui au sol, dans leur partie rectiligne, ont été référencées 1. A leur partie arrière ces plages d'appui 1 sont reliées à une traverse arrière 2 par des manchons en aluminium 3 fixés aux extrémités des branches descendantes 2a de la traverse, ces branches descendantes prolongeant la partie centrale inclinée de la traverse 2 après un cintrage dans le plan vertical. Les manchons de fixation 3 sont mieux visibles aux figures 3a et 3b. Ils ont la forme d'un T dont le pied montant est vissé sur la branche 2a et dont les branches horizontales sont rivetées sur la plage d'appui correspon- dante 1 du patin P. ces moyens de fixation n'étant bien entendu indiqués qu'à titre d'exemples. La traverse arrière 2 peut être assujettie à la structure résistante S de l'appareil par un organe de liaison tel que 4, représenté en coupe transversale à la figure 2. Cet organe est constitué par une monture 4a dont la partie chevauchant le tube de la traverse 2, ainsi que la partie en creux d'un couvercle vissé 4b sont garnies d'un revêtement en élastomère 5 permettant d'obtenir un palier à rappel élastique en rotation, avec les avantages mentionnés plus haut quant au comportement du train vis-à-vis des moments et autres efforts s'exerçant sur la traverse 2 au moment de l'atterrissage. A l'avant, chacun des patins P présente, à la suite de la plage longitudinale d'appui 1 correspondante, une zone de transition T à double courbure, avant de constituer la traverse avant intégrée 8. Cette zone de transition T est obtenue par un premier cintrage Cl de rayon R, redressant la plage d'appui 1 vers le haut (figure 4a), et par un second cintrage C2, par exemple également de rayon R, faisant suite au cintrage Cl et à la suite duquel s'étend transversalement la traverse avant proprement dite 8. Cette traverse intégrée peut être par exemple constituée de deux demi-branches 8a, 8b d'égales longueurs et reliées l'une à l'autre, par conséquent au milieu de la traverse, par un moyen de jonction démontable établissant la continuité de la traverse en flexion. Ce moyen de jonction peut être réalisé de différentes façons, par exemple par un système de manchon en aluminium 9, rigide et résistant, tel que celui représenté à la figure 5 et qui peut être fixé sur la traverse 8 par des vis. Selon la variante des figures 9a et 9b, ce système pourrait être remplacé par un système à collier de fixation 10 maintenu sur la traverse par des boulons 11 de sorte à rester démontable. S'il n'y a pas d'exigence de démontabilité, on peut mettre en place sur la traverse 8, à la jonction entre les demi-branches 8a et 8b, un manchon collé ou encore une fixation par soudage, en utilisant pour les tubes de l'aluminium soudable. A titre de variante, la traverse avant 8 peut être constituée d'une seule branche entre les deux zones de transition T des patins P. étant alors prévus deux moyens de jonction démontables 9 ou 10 à la partie avant du patin, par exemple entre les deux zones cintrées C1 et C2 de chaque zone de transition T correspondante; cette variante est visible sur la figure 10 avec un manchon 9. Quant à la liaison entre la traverse avant intégrée 8 et la structure S de l'hélicoptère, elle pourra être assurée par le même type de moyens que ceux utilisés pour la traverse arrière 2. On pourra utiliser des organes de liaison tels que 6, à frottement contrôlé en rotation, l'un d'eux étant représenté en coupe transversale à la figure 6. Comme pour les organes 4, la monture 6a et le couvercle vissé 6b sont garnis intérieurement d'un revêtement en élastomère 7 assurant l'élasticité voulue. Sur la figure 1 on a représenté deux organes de liaison 6 entre la traverse avant intégrée 8 et la structure S de l'hélicoptère, et un seul organe de liaison 4 entre la traverse arrière 2 et cette structure, mais la disposition inverse est bien entendu également envisageable, comme représenté à la figure lla, o l'on utilise un organe de liaison 6 à l'avant et deux organes de liaison 4 à l'arriè- re. Deux organes 4 à l'arrière et deux organes 6 à l'avant sont également envisageables, comme représenté à la figure 11b. Selon encore une autre variante, la traverse avant intégrée (figure 11c) ou la traverse arrière (figure 11d) présente une interruption centrale entre deux tronçons tubulaires de traverse, référencés en t pour la traverse avant et en t' pour la traverse arrière. Dans ce cas, les organes de liaison, respectivement 6 et 4, sont assujettis aux extrémités de ces tronçons, en tant qu'articulations à rappel élastique en rotation, comme dans les autres modes de réalisation. La figure lie est une variante de la figure lla, montrant la possibilité de décaler vers l'arrière la traverse avant intégrée 8. Alors que dans tous les autres modes de réalisation cette traverse est en porte-à-faux à l'avant, c'est-à-dire décalée vers l'avant par rapport à la délimitation avant du plan de contact des plages longitudi- nales d'appui des patins sur le sol, dans le mode de réalisation de la figure lle cette traverse 8 est en retrait, c'est-à-dire décalée vers l'arrière par rapport à la délimitation avant précitée, ce qui apporte les avantages spécifiques mentionnés plus haut. L'invention permet encore la mise en oeuvre des dispositions annexes suivantes: - la traverse arrière 2 peut, au lieu d'être constituée d'un tube à section ronde, être constituée en deux parties: une partie tubulaire avant 2' en aluminium à profil aérodynamique assurant la même rigidité que le tube de référence tout en améliorant la stabilité de l'hélicoptè- re, et un carénage 2" rapporté sur le tube 2' et constituant le bord de fuite de la traverse, ce bord de fuite étant réalisé par exemple à base de fibres de carbone, aramide, verre, ou composite; - on peut fixer sur la traverse avant 8 des marche- pieds M' au-dessous des portes d'accès à la cabine, ces marchepieds s'étendant vers l'avant à partir de la traverse, ceci comme représenté aux figures 1 et 10. Cependant, en déplaçant cette traverse 8 vers l'avant, les marchepieds M peuvent s'étendre vers l'arrière à partir de la traverse, comme représenté à la figure 8, ce qui permet d'éviter l'utilisation de coupe-câbles à l'avant sous l'hélicoptère; - enfin des plaques d'usure en acier inoxydable A peuvent être fixées sous les patins P (figures 1 et 10) pour l1 réduire l'usure et les frottements. Ces plaques peuvent être fixées aux patins P de façon amovible, grâce à des vis de liaison. Les figures 12 et 13 permettent de comparer le comportement d'un train d'atterrissage à traverse avant 8 intégrée conforme à l'invention (figure 13), à celui d'un train d'atterrissage classique (figure 12) à traverse avant rapportée, de la même façon que la traverse arrière. On voit que, grâce à la structure spéciale du tube (caractéristiques de résistance et d'épaisseur de paroi déterminées par la méthode des éléments finis), la traverse arrière 2 peut subir une plus grande déformation que la traverse arrière d'un train classique, ce qui permet de mieux amortir les chocs à l'atterrissage. Le même résultat est obtenu à l'avant du fait de la déformation de la traverse avant 8 en flexion et de sa rotation, autorisée par la flexion élastique des zones de transition T. REVENDICATIONS 1. Train d'atterrissage pour hélicoptère, comprenant deux patins (P) présentant chacun une plage longitudinale d'appui au sol (1) et reliés à une traverse avant et à une traverse arrière (2) elles-mêmes assujetties à la structure de l'appareil par des organes de liaison (4, 6), la traverse arrière (2) étant fixée par les extrémités de ses branches descendantes (2a) à la partie arrière desdites plages longitudinales d'appui (1), caractérisé en ce que chacun desdits patins (P) présente à l'avant une zone de transition inclinée (T) à double courbure (C1, C2) s'orientant trans- versalement auxdites plages longitudinales d'appui au sol, au-dessus du plan de ces dernières, les deux zones de transition constituant ensemble, de la sorte, une traverse avant intégrée, décalée par rapport à la délimitation avant du plan de contact des plages longitudinales d'appui des patins sur le sol. 2. Train d'atterrissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des patins (P) et traverses (2, 8) est constitué de tubes d'aluminium. 3. Train d'atterrissage selon la revendication 2, dans lequel l'aluminium desdits tubes se caractérise par une limite élastique égale à environ 75 % de la résistance à la rupture, et par un allongement relatif à la rupture au moins égal à 12 %. 4. Train d'atterrissage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi des tubes constituant lesdites traverses avant (18) et arrière (2) est dégressive entre la partie centrale de la traverse et sa jonction au patin (P) correspondant. 5. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités des branches descendantes (2a) de la traverse arrière (2) sont fixées auxdites plages longitudinales d'appui (1) des patins (P) par l'intermédiaire de manchons en aluminium (3). 6. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite traverse avant (8) est constituée de deux demi-branches (8a, 8b) reliées l'une à l'autre vers le milieu de la traverse (8) par un moyen de jonction (9; 10) démontable et établis- sant la continuité de la traverse (8) en flexion. 7. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite traverse avant (8) est constituée d'une seule branche dont les extrémités sont chacune reliées par un moyen de jonction démontable (9; 10) à la partie avant du patin (P) corres- pondant, ce moyen de jonction étant disposé entre les deux courbures (Cl, C2) de la zone de transition (T) concernée. 8. Train d'atterrissage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de jonction sont constitués par un système de manchon vissé en aluminium (9) ou par un collier de fixation (10). 9. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits organes de liaison (4, 6) entre lesdites traverses avant (8) et arrière (2) et la structure (S) de l'appareil sont du type à frottement contrôlé en rotation, comportant à cet effet deux demi-colliers ou analogues (4a, 4b; 6a, 6b) enserrant le tube de la traverse, avec interposition d'un palier de matériau élastique (5, 7) du genre élastomère. 10. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois organes de liaison à la structure (S) de l'appareil, dont un (4; 6) assujetti centralement sur l'une desdites traverses (2; 8) et les deux autres (6; 4) assujettis, en étant mutuellement écartés de part et d'autre de l'axe longitudinal du train, sur l'autre traverse (8; 2). 11. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte quatre organes (4; 6) de liaison à la structure (S) de l'appareil, assujettis deux par deux sur l'une (2) et l'autre (8) traverse, en étant mutuellement écartés de part et d'autre de l'axe longitudinal du train. 12. Train d'atterrissage selon la revendication 11, caractérisé en ce que la traverse avant (8) ou arrière (2) présente, entre deux tronçons (t; t') de traverse, une interruption dans sa partie centrale, et en ce que lesdits organes de liaison (6; 4) à la structure (S) de l'appareil sont assujettis en tant qu'articulations à rappel élastique aux extrémités desdits tronçons (t; t'). 13. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite traverse arrière (2) est constituée, pour sa partie avant, d'un tube à profil aérodynamique cintré (2') formant bord d'attaque, ce tube étant prolongé vers l'arrière par un carénage rapporté (2") formant bord de fuite. 14. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des marchepieds (M) sont fixés sur lesdites zones de transition (T) inclinées à l'avant des patins (P), au-dessous des portes d'accès à la cabine, ces marchepieds (M) s'étendant, à partir desdites zones de transition (T), uniquement vers l'arrière. 15. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite traverse avant intégrée (8) est décalée vers l'avant par rapport à la délimitation avant du plan de contact des plages longitudinales d'appui des patins sur le sol. 16. Train d'atterrissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ladite traverse avant intégrée (8) est décalée vers l'arrière par rapport à la délimitation avant du plan de contact des plages longitu- dinales d'appui des patins sur le sol.