Brevet FR2769585A1 — publié le 19990416

! La présente invention concerne un raccordement de pale de rotor notamment d'hélicoptère comportant une poutre de support reliant la pale du rotor à son moyeu et des élé- ments de corps solide, notamment piézo-électriques, fixés de manière intégrale à la poutre et qui par l'application d'une tension électrique tordent la poutre de support autour de son axe longitudinal pour régler l'angle de la pale. Les hélicoptères équipés d'un raccord de lame de rotor sans articulation ni palier comportent usuellement une poutre de support reliant la lame de rotor au moyeu du rotor, cette poutre recevant les efforts centrifuges et les efforts transversaux ainsi que les couples de flexion et de torsion pour les transmettre de la lame de rotor au moyeu; en même temps, ces poutres doivent être élastiques aux chocs et au pivotement et permettre des mouvements de réglage de l'angle de la lame autour de l'axe longitudinal grâce à une élastici- té de torsion. Pour réaliser une torsion de la poutre de sup- port sans utiliser d'éléments d'actionnement mécaniques, selon le document AVIATION WEEK AND SPACE TECHNOLOGY, Avril 15, 1996, page 46, on a un raccord de lame de rotor corres- pondant au type défini ci-dessus comportant une poutre de support à section rectangulaire ou circulaire fermée; cette poutre est occupée d'éléments solides piézo-électriques, pré- vus sur la surface extérieure; ces éléments sont en forme de bande alignés en biais par rapport à l'axe longitudinal de la poutre de support. Par une commande électrique appropriée des éléments de corps solide, selon le principe de la torsion de St Venant, on génère une déformation en poussée dirigée de la poutre de support et ainsi l'effet de dilatation piézo- électrique est transformé directement en une commande indivi- duelle d'angle de la lame de rotor. La section de la poutre de support tordue de cette manière, présente une rigidité de torsion relativement élevée si bien que le rendement énergé- tique d'une telle commande d'angle de lame est relativement faible. La présente invention a pour but de développer un raccord de lame de rotor correspondant au type défini ci- dessus permettant un réglage actif de l'angle du rotor, de manière directe et avec un rendement énergétique élevé. A cet effet, l'invention concerne un raccord de lame de rotor du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la poutre de support possède une section de bombement ouverte et dans les zones de surface permettant un bombement maximum, la poutre est munie d'éléments de corps solide agissant dans la direction longitudinale de la poutre La géométrie particulière de la section de la poutre de support en combinaison avec la direction active des éléments de corps solide, parallèles à l'axe longitudinal de la poutre permet d'obtenir selon l'invention, une torsion de la poutre selon le principe de la déformation active de bom- bement, avec pour autre effet que la section favorable au bombement contrairement aux sections tubulaires ou rectangu- laires sans bombement selon l'état de la technique, possèdent en soi une faible rigidité en torsion et permettent ainsi d'utiliser la capacité de travail d'éléments de corps solide piézocéramiques ou magnétostrictifs, avec une grande effica- cité pour un réglage commandé de l'angle de la pale du rotor. Une géométrie de section de poutre particulière- ment avantageuse pour la déformation par bombement résulte du fait que la section de la poutre est composée de parties de profilé à section en C et/ou U et les éléments de corps so- lide sont prévus sur les zones de surface de la poutre adja- cent aux bords libres des profilés. Ainsi, suivant une caractéristique avantageuse de l'invention, le profil de la poutre de support se compose de préférence de deux double profils en forme de T à section rectangulaire croisée ce qui donne en même temps qu'une géo- métrie de section favorable au bombement, une poutre ayant une très grande résistance au couple de choc et de pivote- ment. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention la poutre de support est en matière composite à fibres et dans les zones de surface occupées par les éléments de corps solide, la matière composite a une orientation de fibres quasi isotropes, et la poutre est fabriquée d'une ma- tière composite à fibres et possède des zones de surface gar- nies d'éléments de corps solide, avec une orientation quasi isotrope des fibres et d'une liaison des fibres se poursui- vant sur la partie restante des sections de la poutre. Les5 forces longitudinales générées par les éléments de corps so- lide sont répartis régulièrement dans le sens favorable au bombement dans la structure composite à fibres. Pour protéger les corps solides contre les con- traintes gênantes des efforts transversaux, les éléments de corps solide sont montés de façon à transmettre des efforts dans la direction longitudinale de la poutre de support et à pouvoir toutefois se dilater librement dans la direction transversale de la poutre de support et, les éléments de corps solide ne sont prévus de préférence dans le sens de la transmission des efforts que dans la direction longitudinale de la poutre, tout en pouvant se dilater toutefois librement dans la direction transversale; les éléments de corps solide sont reliés à la poutre de support, partiellement par un joint de colle dirigé dans la direction longitudinale de la poutre de support et cela se réalise d'une manière simple en ce que les éléments sont réunis à la poutre en partie par un joint de colle linéaire dans la direction longitudinale de la poutre de support. Les éléments de corps solide sont disposés chaque fois par paire de manière symétrique plane par rapport aux plans médians de la poutre de support et sont commandés en sens opposé les uns par rapport aux autres et les éléments de corps solide sont prévus dans une plage de réglage d'angle aussi grande que possible de la poutre de support de préfé- rence toutefois avec une symétrie plane, par paire par rap- port aux plans médians de la poutre de support, et sont commandés de façon opposée. Pour les mêmes raisons, chaque fois plusieurs éléments de corps solide de même effet sont disposés les uns derrière les autres dans la direction longitudinale de la poutre de support et on a avantageusement plusieurs éléments de corps solide équivalents, les uns derrière les autres dans la direction longitudinale de la poutre. Pour éviter des forces de tractions externes, agissant sur la poutre sous l'effet des forces centrifuges engendrées par la rotation du rotor, pour éviter que ces ef- forts ne soient transmis aux éléments de corps solide, sensi- bles à cela, il est prévu que les zones de surface de la poutre de support garnies des éléments de corps solides com- portent des encoches dirigées transversalement à la direction longitudinale de la poutre, entre les éléments de corps so- lide et que les zones de surface garnies des éléments de corps solide de la poutre de support soient munies dans la direction longitudinale chaque fois en amont et en aval des éléments de corps solide, d'encoches transversales par rap- port à la direction d'action des éléments de corps solide; les éléments de corps solide sont fixés à la poutre de sup- port avec une précontrainte en traction et ils sont fixés sur la poutre avec une précontrainte en traction. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de plusieurs exemples de réalisation représentés sché- matiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un raccord de pale de rotor d'hélicoptère avec différentes sections, - la figure 2 est une vue en perspective à échelle agrandie du segment de poutre de support de la figure 1, élastique en pivotement, - les figures 3a, b sont des vues partielles agrandies de zo- nes de surface de poutre de support garnies d'éléments de corps solide en coupe (a) et en vue de dessus (b), - les figures 4a, b, c montrent trois autres sections de pro- fil de support, favorables au bombement, avec des éléments de corps solide montés de manière à faire corps. Le raccordement de la pale de rotor d'hélicoptère, sans articulation ni palier, représenté dans les figures comporte une poutre de support 6 en matière com- posite à fibres, entre le segment de pale générant la force ascensionnelle et le moyeu 4 du rotor; ce segment 2 transmet les forces centrifuges et les forces transversales de même que les couples de flexion et de torsion de la base de la pale au moyeu 4 du rotor et constituent en même temps une ar- ticulation fictive d'impact et de pivotement et un palier d'angle pour la pale. Pour cela, la poutre de support 6 se compose d'un premier segment 6A relié au segment de pale 2 (profil f selon la figure 1); cette poutre possède une sec- tion (a) relativement élastique en flexion dans la direction de pivotement S et relativement rigide dans la direction de battement R. Ainsi qu'un second segment de poutre 6B adjacent au segment de poutre 6A élastique pivotant du côté du moyeu; ce second segment 6B a un profil de section (b) relativement rigide en pivotement mais rigide dans la direction de batte- ment R; ce segment se transforme en une double boucle 6C du côté du moyeu de rotor.4; cette double boucle relie la pou- tre de support 6 au moyeu 4 du rotor par des vis de liaison 8. Selon les figures la, 2 et 3a, dans le détail, la poutre de support 6 présente dans son segment 6A une section favorable au bombement sous la forme de deux doubles profilés en T 10.1, 10.2 qui se croisent perpendiculairement en leur milieu, avec une hauteur d'âme, plus grande dans la direction de battement R (profil 10.1) que dans la direction de pivote- ment S (profil 10.2) et ainsi des segments d'aile de grande surface 12.1, 12.2 pour ne laisser qu'une fente étroite entre les bords longitudinaux libres 14 du profil. La structure composite à fibres du segment de poutre 6A apparaît dans le détail à la figure 3a. Au niveau de l'âme, le segment de poutre 6A se compose de deux couches composites à fibres, extérieures 16 avec un tracé de fibres unidirectionnel U dans la direction longitudinale de la pou- tre et une couche de fibres 18 intermédiaire, avec une orien- tation quasi isotrope Q des fibres, se prolongeant par la liaison continue des fibres dans les segments d'ailes 12.1, 12.2 jusqu'au niveau des bords 14 du profil. Pour donner une torsion à la poutre 6, de façon active autour de son axe longitudinal A, le segment de poutre 6A comporte dans les zones de surface à bombement maximum, c'est-à-dire dans les zones de paroi des segments d'ailes 12.1, 12.2 adjacents aux bords 14 du profil, sur la face su- périeure et la face inférieure de l'aile, des éléments de corps solide 20A, 20B en forme de bande, commandés électri- quement; ces éléments sont en matière piézocéramique. Au ni- veau de chaque bord de profil 14, on a un certain nombre d'éléments de corps solide 20A, 20B placés les uns derrière les autres dans la direction longitudinale de la poutre; en- tre les éléments, les ailes 12 ont des encoches 22 transver- sales (figure 3b) pour protéger les éléments de corps solide piézo-électriques 20 contre les tractions extérieures, engen- drées par la force centrifuge dans la poutre 6. Les éléments de corps solide 20 sont collés partiellement aux segments d'ailes 12 et cela par un joint de colle 24 en forme de T, linéaire, comme cela apparaît en trait interrompu à la figure 3b; ce joint de colle est dirigé dans la direction longitu- dinale de la poutre, au milieu des bandes piézo-électriques 20 sur toute la longueur de chaque bande et à l'extrémité de la bande le joint de colle est dirigé transversalement. On obtient de cette manière que les bandes piézo-électriques 20 ne sont reliées que dans la direction longitudinale des pou- tres aux segments d'ailes 12 pour transmettre des efforts mais pour le reste, les bandes sont découplées vis-à-vis des efforts. En plus, ou en alternative aux encoches 20, la pou- tre de support 6 peut également être mise sous contrainte de traction pendant l'opération de collage pour qu'à l'état col- lé les éléments de corps solide 20 soient précontraints dans la direction de la pression et soient protégés contre des charges de traction inacceptables, induites dans la poutre de support 6. Pour créer une torsion de la poutre de support 6, on applique des tensions électriques différentes aux éléments de corps solide 20A, 20B pour produire des variations de lon- gueur irrégulière dans les éléments de corps solide 20A, 20B, afin que les zones d'ailes, au niveau des bords, couplées aux éléments de corps solide 20, soient dilatées en alternance plus fortement et plus faiblement dans la direction périphé- rique, pour induire dans le segment de poutre de support 6A, un couple d'effort de bombement qui provoque une torsion du segment de poutre de support 6A autour de son axe longitudi- nal A. On peut de cette manière régler de façon variable l'angle de la pale en fonction de la commande électrique choisie pour les éléments de corps solide 20, et cela séparé- ment pour chaque pale de rotor, dans une plage d'angle impor- tante.5 Les figures 4a, b et c montrent d'autres modes de réalisation de segments de bombement composés de parties de profils en C et U; ces segments sont garnis dans les zones de surface du côté des bords du profil, correspondant à la déformation maximale par bombement, de rangées de plaques piézocéramiques 26. Lorsqu'on applique des tensions caracté- risées par + et -, irrégulières, alternées (figure 4) aux rangées de plaquettes 26 dans la direction périphérique du profil de bombement 6A, le profil 6A se tord sous l'effet du couple de bombement ainsi créé; le débattement de l'air et le sens de la torsion dépendent de l'amplitude et du signe algébrique des différences de tensions électriques entre les rangées d'éléments piézo-électriques 26 excités de manière différente. RE V E N D I C AT I ON S 1 ) Raccordement de pale de rotor notamment d'hélicoptère comportant une poutre de support reliant la pale du rotor à son moyeu et des éléments de corps solide, notamment piézo- électriques, fixés de manière intégrale à la poutre et qui par l'application d'une tension électrique tordent la poutre de support autour de son axe longitudinal pour régler l'angle de la pale, caractérisé en ce que la poutre de support (6) possède une section de bombement ou- verte (6A) et dans les zones de surface permettant un bombe- ment maximum, la poutre. est munie d'éléments de corps solide (20, 26) agissant dans la direction longitudinale (A) de la poutre. 2 ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que la poutre de support (6) a une géométrie de section (6A) com- posée d'une section partielle en forme de profil en C et/ou U (6A) et les éléments de corps solide (20, 26) sont prévus dans les zones de surface de la poutre de support adjacente aux bords libres (14) des profils. 3 ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon la re- vendication 2, caractérisé en ce que le profil de poutre de support (6A) se compose de deux pro- fils partiels en double T (10.1, 10.2) qui se croisent en section à l'équerre. 4 ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poutre de support (6) est en matière composite à fibres et dans les zones de surface (12.1, 12.2) occupées par les élé- ments de corps solide (20), la matière composite a une orien- tation de fibres quasi isotropes. ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de corps solide (20, 26) sont montés de façon à transmettre des efforts dans la direction longitudinale (A) de la poutre de support et à pouvoir toutefois se dilater li- brement dans la direction transversale de la poutre de sup- port (6). 6 ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que les éléments de corps solide (20, 26) sont reliés à la poutre de support (6), partiellement par un joint de colle (24) di- rigé dans la direction longitudinale (A) de la poutre de sup- port. 7 ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de corps solide (20, 26) sont disposés chaque fois par paire (20A, 20B) de manière symétrique plane par rapport aux plans médians de la poutre de support et sont commandés en sens opposé les uns par rapport aux autres. 8 ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par chaque fois plusieurs éléments de corps solide de même effet (20, 26) sont disposés les uns derrière les autres dans la direction longitudinale (A) de la poutre de support. 9 ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les zones de surface de la poutre de support (6) garnies des éléments de corps solides (20, 26) comportent des encoches (22) dirigées transversalement à la direction longitudinale de la poutre, entre les éléments de corps solide. ) Dispositif de raccordement de pale de rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de corps solide (20, 26) sont fixés à la poutre de support (6) avec une précontrainte en traction.