Brevet FR2761438A1 — publié le 19981002

Amortisseur mécanique d'oscillations La présente invention concerne un amortisseur mécanique d'oscillations se composant d'un système formant ressort et masse disposé entre un élément de structure actionné de façon dynamique et une structure porteuse, comprenant un dispositif formant ressort agissant, de façon à transmettre la charge, entre l'élément de structure et la structure porteuse, et un levier de transmission relié de façon articulée et pivotante, dans la direction d'actionnement de l'élément de structure, d'une part à l'élément de structure et d'autre part, à la structure porteuse, le levier présentant, en s'étendant au dessus du dispositif formant ressort, d'un côté du dispositif formant ressort la liaison articulée, et, du côté opposé, la masse oscillante. Les amortisseurs hydrauliques ou mécaniques d'oscillations, tels qu'ils peuvent par exemple, trouver une application dans les hélicoptères, pour préserver la cabine de l'hélicoptère des contraintes dynamiques exercées par le système d'entraînement du rotor, comprennent un système formant ressort et masse actionné mécaniquement ou hydrauliquement par l'élément de structure oscillant, ce système étant agencé de telle sorte qu'une élimination des fractions de forces dynamiques est localement réalisée sur la structure porteuse, de telle sorte que, en cas d'anti-résonance, pratiquement aucune oscillation n'est plus transmise de l'élément de structure à la structure porteuse. En raison d'une action fortement amortissante conjointement à une masse oscillante moindre, de tels amortisseurs d'oscillations requièrent un rapport de transmission élevé et un dispositif formant ressort qui possède une faible rigidité élastique, mais doit simultanément présenter une résistance aux oscillations élevée, afin de résister longtemps aux fractions de charges dynamiques et statiques. De tels amortisseurs d'oscillations sont en outre fréquemment l'objet de limitations strictes de poids et d'espace, en particulier dans l'aéronautique. Ces exigences ne sont satisfaites par les amortisseurs d'oscillations connus que dans une certaine mesure: on connait ainsi, d'après le DE 29 51 526 C2, des amortisseurs d'oscillation avec une transmission hydraulique qui se compose d'espaces hydrauliques partiels de tailles différentes communiquant entre eux et respectivement circonscrits par un soufflet élastique métallique. Etant donné que les soufflets élastiques subissent, outre les fractions de charges dynamiques et statiques, également les modifications de pression hydraulique à l'intérieur, ils doivent posséder une épaisseur de paroi relativement importante et, de ce fait, dans le cas de caractéristique élastique molle de façon correspondante, ils doivent également présenter une longueur hors tout importante. Un autre ressort est requis pour l'augmentation de la pression statique de fluide dans la transmission hydraulique, afin d'empêcher que ne se produisent des phénomènes de cavitation pendant la course de détente de la masse oscillante dans les espaces hydrauliques partiels. Du fait de la disposition de ressorts multiples et de la grande longueur de ressort, de tels amortisseurs d'oscillations nécessitent en conséquence un volume et un poids de construction élevés par rapport à l'effet d'amortissement susceptible d'être obtenu. On connaît en outre d'après le US 3 322 379 un amortisseur mécanique d'oscillations de la technique mentionnée au départ, qui se compose d'un levier de transmission doté à l'extrémité libre du levier d'une masse oscillante, relié de façon articulée, d'une part, à l'élément de structure actionné de façon dynamique et, d'autre part, à la structure porteuse, ainsi que d'un dispositif formant ressort cylindrique qui agit entre l'élément de structure et la structure porteuse. Le besoin d'espace, de toute façon d'emblée important, pour le dispositif formant ressort cylindrique volumineux, en cas de flexibilité élastique et de résistance aux oscillations suffisantes, se trouve encore augmenté de la longueur hors tout du système mécanique oscillant à levier, de telle sorte que cet amortisseur d'oscillations nécessite lui aussi un espace de construction considérable qui, fréquemment, n'est pas disponible. La présente invention a pour but de concevoir un amortisseur d'oscillations de la technique mentionnée au départ de telle sorte qu'il dispose d'une durée de vie importante, d'une forte action amortissante et d'une grande résistance aux oscillations, et, simultanément, possède un volume de montage très restreint. Ce but est atteint selon la présente invention par l'amortisseur d'oscillations du type précédent, caractérisé en ce que le dispositif formant ressort est un soufflet élastique en titane qui présente un faible rapport entre diamètres intérieur et extérieur. En accord avec la présente invention, on produit, par l'utilisation d'un soufflet élastique individuel, sollicité de façon purement mécanique, et de ce fait malgré une grande flexibilité élastique et une grande résistance aux oscillations, de construction très compacte, en liaison avec la disposition emboîtée du soufflet élastique et du système mécanique à levier, un amortisseur d'oscillations qui, par rapport à l'action amortissante et à la durée de vie potentielles, possède un volume de construction exceptionnellement réduit et qui peut être logé sans problème, y compris dans des conditions d'espaces très étroits, par exemple, dans le cas d'hélicoptères, entre le mécanisme du rotor et la structure de la cabine. Selon une autre conception avantageuse de la présente invention, la masse oscillante, en vue d'un rétrécissement supplémentaire du volume de construction, est de façon appropriée conçue sous forme d'un corps annulaire ouvert d'un côté et enveloppant partiellement, avec un décalage radial, dans le sens longitudinal et périphérique, le soufflet élastique sur la surface extérieure de ce dernier. Selon une version intéressante de l'invention, le soufflet élastique possède de préférence un faible rapport entre diamètre intérieur et diamètre extérieur, afin de pouvoir ainsi obtenir de façon simple une profondeur de plis importante, et, en conséquence, une faible rigidité élastique. Dans l'optique d'un comportant d'élasticité favorable et d'une résistance aux oscillations élevée, le soufflet élastique est avantageusement fabriqué de façon appropriée en titane, et pour ce qui concerne l'aspect d'une grande profondeur de plis, il est recommandé d'assembler le soufflet élastique de façon simple en terme de fabrication à partir de ronds individuels préfabriqués, qui, au niveau de leur bord intérieur et extérieur sont soudés par bombardement électronique, pour des raisons de grande solidité et qualité de la soudure. Lorsque l'amortisseur d'oscillations est utilisé dans un hélicoptère pour réduire les oscillations transmises du système du rotor à la structure de la cabine, le soufflet élastique est alors raccordé de façon appropriée, à son extrémité côté rotor, à la structure de la cabine, et à son extrémité opposée, au système du rotor, ce qui garantit que le soufflet élastique est, en cours de vol, sollicité en pression sous l'influence des forces portantes transmises par le système du rotor à la structure de la cabine et, que, de ce fait, sa capacité de fonctionnement est conservée, au moins encore dans une mesure limitée, en cas de crique superficielle de fatigue ou d'une autre rupture locale. Selon un autre mode préféré de conception de la présente invention, la longueur de levier efficace entre la masse oscillante et la liaison articulée du levier de transmission et, de ce fait, la fréquence d'antirésonance de l'amortisseur d'oscillations, peuvent être modifiées de façon motorisée, comme ceci est souhaité, essentiellement dans le cas d'hélicoptères modernes, qui sont entraînés par un régime de rotor variable. Enfin, avantageusement, les liaisons articulées se composent, en vue d'une conception à faible usure, de paliers en élastomères faiblement amortissants. La présente invention sera désormais davantage explicitée sur la base d'un exemple de forme de réalisation à rapprocher des dessins. On a illustré en représentation très schématisée: - à la figure 1: une vue latérale partiellement coupée d'un amortisseur mécanique d'oscillations; et - à la figure 2: une coupe le long de la ligne II de la figure 1. L'amortisseur d'oscillations illustré dans les figures est disposé entre un élément de structure actionné de façon dynamique 2 et une structure porteuse 4, par exemple entre le système d'entraînement du rotor et la structure de la cabine d'un hélicoptère, et sert à transmettre à la structure de cabine 4 les fractions de charges statiques L1, c'est-à-dire les forces portantes générées par le système du rotor en cours de vol, et à préserver en revanche la structure de cabine 4 des fractions de charges dynamiques L2. A cet effet, l'amortisseur d'oscillations comporte un système à levier généralement identifié en 6, ainsi qu'un ressort disposé de façon à transmettre la charge entre le mécanisme du rotor 2 et la structure de la cabine 4 sous la forme d'un soufflet élastique formant ressort 8, qui, au niveau de son extrémité côté mécanisme 10 est fixé à la structure de la cabine 4 et, au niveau de son extrémité opposée 12, est raccordé par l'intermédiaire d'un tirant 14 au mécanisme d'entraînement du rotor 2, de telle sorte qu'il est constamment soumis à une charge de pression en cours de vol, sous l'action des forces portantes alors transmises du système d'entraînement du rotor 2 à la structure de la cabine 4. Le système oscillant à levier 6 se compose d'un levier de transmission 16 qui s'étend diamétralement au-dessus du soufflet élastique 8 et qui est doté au niveau de son extrémité de levier libre d'une masse oscillante 18 qui, comme cela apparaît au mieux à la figure 2, entoure le soufflet élastique 8 en formant un arc de cercle avec un décalage radial. Au niveau de son autre extrémité, le levier de transmission 16 est relié de façon pivotante, dans la direction des fractions de charges statiques et dynamiques L1, L2, à la structure de la cabine 4 par l'intermédiaire d'une articulation pivotante, se présentant sous forme d'un palier en élastomère 20 et d'un bras oscillant intermédiaire 22, et est relié de façon pivotante au mécanisme du rotor 2 par l'intermédiaire d'un autre palier en élastomère 24. Pour limiter l'écart entre les liaisons articulées 20, 24 en vue d'un rapport de transmission élevé du levier 16, le palier en élastomère 24 se trouve sur un bras porteur, fixé au tirant 14 et s'étendant latéralement en saillie jusque sur le bord du soufflet élastique 8, sous la forme d'un tube creux carré 26, dont la section transversale intérieure est dimensionnée de façon suffisamment grande pour les mouvements d'oscillation du levier de transmission 16. La fréquence propre du système formant ressort et masse, formé du système oscillant à levier 6 et du soufflet élastique 8, est ajustée de telle sorte que les forces d'oscillations générées ce faisant sont équivalentes à, mais orientées à l'opposé, des forces d'actionnement et d'excitation L2 (cas d'anti- résonance). Pour ce faire, le soufflet élastique 8 doit présenter une faible rigidité élastique, mais simultanément, pour des raison de longévité, une forte résistance aux oscillations et, concernant un besoin en espace restreint, présenter un petit volume de construction. Ceci est atteint en ce que le soufflet élastique 8 présente une profondeur de plis aussi grande que possible, c'est-à-dire un rapport élevé entre diamètre extérieur et diamètre intérieur et, du fait des propriétés des matériaux favorables concernant le module d'élasticité et la résistance aux oscillations, est fabriqué en titane, de telle sorte qu'il est assemblé à partir de ronds de titane circulaires 28, qui respectivement sont préfabriqués individuellement par usinage avec une largeur radiale importante et qui sont soudés par bombardement électronique au niveau de leurs bords intérieurs et extérieurs (en 30). Pour limiter le poids de la construction, les ronds de titane 28 peuvent être fabriqués avec une épaisseur de paroi irrégulière correspondant à l'évolution de la contrainte de flexion. Dans le cas d'application avec fréquence d'actionnement et d'excitation variable, comme c'est par exemple le cas pour des systèmes de rotor qui sont commandés avec un régime de rotor variable, il est possible d'ajuster finement la fréquence anti-résonance de l'amortisseur d'oscillations à la fréquence d'excitation. A cette fin, une masse supplémentaire 32 est disposée sur le bras de levier libre du levier de transmission 16. A l'aide d'un moteur de commande 34 commandé conformément à la fréquence d'excitation, cette masse 32 peut être déplacée dans le sens longitudinal du levier, de telle sorte que la longueur de levier efficace entre la liaison articulée 24 et le centre de gravité de la masse globale, se composant de la masse oscillante 18 et de la masse supplémentaire 32, et de ce fait la fréquence propre de l'amortisseur d'oscillations, peuvent être modifiées dans des limites définies de façon constante en cours de fonctionnement. REVENDICATIONS 1 - Amortisseur mécanique d'oscillations, se composant d'un système formant ressort et masse disposé entre un élément de structure actionné de façon dynamique et une structure porteuse, comprenant un dispositif formant ressort (8) agissant, de façon à transmettre la charge, entre l'élément de structure et la structure porteuse, et un levier de transmission (16) relié de façon articulée et pivotante, dans la direction d'actionnement de l'élément de structure, d'une part, à l'élément de structure, et d'autre part, à la structure porteuse, le levier présentant, en s'étendant au-dessus du dispositif formant ressort, d'un côté du dispositif formant ressort, la liaison articulée (20, 24) et, du côté opposé, la masse oscillante (18), caractérisé en ce que le dispositif formant ressort est un soufflet élastique en titane, qui présente un faible rapport entre diamètres intérieur et extérieur. 2 - Amortisseur d'oscillations selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soufflet élastique (8) est fabriqué à partir de ronds de métal (28) soudés entre eux par bombardement électronique. 3 - Amortisseur d'oscillations selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la masse oscillante (18) est conçue sous forme d'un corps annulaire ouvert d'un côté et enveloppant partiellement, avec un décalage radial, dans le sens longitudinal et périphérique, le soufflet élastique (8) sur la surface extérieure de ce dernier. 4 - Amortisseur d'oscillations selon l'une des revendications précédentes, destiné à réduire la transmission des oscillations d'un système de rotor à la structure de la cabine d'un hélicoptère, caractérisé en ce que le soufflet élastique (8) est relié, à son extrémité côté rotor (10), à la structure de la cabine (4) et, à son extrémité opposée (12), au système de rotor (2). - Amortisseur d'oscillations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur de levier efficace entre la masse oscillante (18, 32) et la liaison articulée (24) du levier de transmission (16) peut être modifiée de façon motorisée. 6 - Amortisseur d'oscillations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les liaisons articulées (20, 24) se composent de paliers en élastomères faiblement amortissants.