Brevet FR2774655A1 — publié le 19990813

La présente invention concerne un rotor à pales multiples, sans axe de levée de pales pour un avion à voilure tournante, comprenant une plaque de tête de rotor, fixée rigidement au mât du rotor et ayant des bras de raccordement des pales élastiques en flexion dans la direction de levée, cette plaque se composant d'au moins un segment qui encastre de manière élastique en flexion, dans la direction de levée, les bras de raccordement des pales, sur les deux faces, avec une distance par rapport au centre du rotor, segment dont les points de fixation du côté du mât du rotor sont décalés dans la direction périphérique du rotor par rapport aux bras de raccordement des pales. Dans le cas d'un tel rotor à plusieurs pales, la plaque de tête du rotor n'est pas rigide mais en partie souple de façon qu'elle constitue, avec les bras de raccordement des pales, l'axe de levée de pales fictif du rotor. La présente invention a pour but de développer un tel rotor à pales multiples pour en améliorer l'efficacité. A cet effet, l'invention concerne un rotor à pales multiples du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la plaque de tête est munie, au niveau du segment de plaque élastique en flexion, de capteurs de déformation qui détectent les mouvements de flexion des bras de raccordement des pales. En d'autres termes, selon l'invention, le système du rotor est amélioré en ce que pour détecter et surveiller des états de charge critiques et des risques d'incidents dans le système du rotor il y a des capteurs de déformation dans la zone des segments de pales de la tête de rotor qui sont les plus déformés en charge. Selon un autre développement avantageux de l'invention, la plaque de tête est munie de capteurs de déformation sur la face supérieure et la face inférieure de la plaque pour détecter les mouvements de flexion de levée. La plaque de tête du rotor comporte ainsi des capteurs de déformation sur la face supérieure et la face inférieure de la plaque. De tels capteurs permettent non seulement de surveiller le couple de flexion de levée, au ni veau de chaque pale de rotor, mais également de déterminer, à partir de tous les couples de flexion de levée des pales de rotor, le couple efficace appliqué au mât du rotor. Pour surveiller au choix ou en plus les couples de flexion de pivotement au niveau des différents pales de rotor, de façon préférentielle. iI y a des capteurs de déformation pour détecter les mouvements de flexion de pivotement selon le sens de rotation du rotor, sur le côté avant et le côté arrière des bras de raccordement de pales. Suivant une autre caractéristique particulièrement avantageuse, les capteurs de déformation sont constitués par des jauges de contrainte. Cela constitue une solution constructive particulièrement avantageuse. Pour un contrôle poussé du système de rotor il est avantageux que la plaque de tête comporte en outre des capteurs d'accélération agissant dans la direction radiale du rotor, monté au niveau des bras de raccordement de pales pour détecter le balourd du rotor. Suivant une autre caractéristique avantageuse, on augmente l'efficacité du système du rotor d'une manière considérable si, pour les contre-mesures actives contre les effets gênants d'apparition d'oscillations, on prévoit des actionneurs commandés par les capteurs au niveau des bras de raccordement des pales au segment de plaque souple de la tête du rotor. Suivant une autre caractéristique avantageuse, les actionneurs sont réalisés sous la forme d'éléments de réglage piézo-électriques, ce qui constitue une solution constructive particulièrement avantageuse. Pour réduire les couples de flexion de levée, les actionneurs sont montés entre le mât du rotor et les bras de raccordement des pales ; de façon avantageuse, ces actionneurs sont non seulement utilisés comme moyens de réduction active des oscillations mais également alternativement des capteurs de charges transversales ; actionneurs agissant dans la direction de levée, sont alternativement des capteurs de charge transversale passifs et des réducteurs actifs d'oscillations. Suivant ùne autre caractéristique avantageuse, entre les bras de raccordement des pales et un segment de plaque rigide en pivotement de la plaque de tête du rotor, on prévoit des actionneurs pour réduire les oscillations dans la direction de pivotement. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de différents exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre un rotor à quatre pales avec une plaque de tête souple et des bras de raccordement des pales qui font corps avec la plaque selon une construction composite à fibres, montrant le système de capteurs, - la figure 2 est une vue partiellement coupée selon la ligne II-II de la figure 1 du rotor à quatre pales, - la figure 3 montre un second mode de réalisation d'un rotor à quatre pales avec son système de capteurs, - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. Selon les figures 1 et 2, un rotor à quatre pales comporte une plaque de tête de rotor 2, souple, réalisée en un matériau composite avec des fibres ; cette plaque fait corps avec des bras de raccordement de pales 4 auxquels on relie les pales de rotor 6 par des éléments intermédiaires 8 élastiques en torsion et en pivotement. Seule une des pales est représentée à la figure 1. La torsion des éléments intermédiaires 8 pour régler l'angle de la pale se fait usuellement à l'aide d'un manchon de commande 10 fixé à la base de la lame de rotor 6 et d'un bec de commande 12 pour transmettre l'ordre de réglage de l'angle de la pale. Pour former les articulations de levée, fictives, les bras de raccordement de pales 4 sont réalisés de façon à être élastiques en flexion de levée et la plaque de tête de rotor 2 est subdivisée par des fentes 14 en arc de cercle en un segment de plaque radial intérieur 16 et un segment de plaque radial extérieur 18, tous deux concentriques au centre du rotor. Ces segments de plaque 16, 18 relient les bras 4 dans la direction périphérique du rotor. Les points de fixation 20 de la plaque de tête de rotor 2 sur le mât 22 du ro tor avec interpositidn de pièces d'écartement 30 sont décalés vers le segment de plaque extérieur 18 dans la direction périphérique du rotor par rapport aux bras de raccordement de pales 4 ; ce décalage correspond sensiblement au milieu des bras de sorte que les mouvements de flexion de levée des lames 6 du rotor ne sont pas uniquement produits par la déformation élastique en flexion des bras de raccordement de pales 4, dirigés radialement, mais par une déformation circonférentielle des segments de plaques 16, 18 jusque vers les points de fixation 20, du côté du mât. Cela permet de rapprocher les axes de levée, fictifs, très près du centre du rotor et néanmoins de réaliser la plaque de tête 20, y compris les bras de raccordement 4 pour les pales, comme structure composite renforcée par des fibres, en une seule pièce, offrant une grande résistance. Pour surveiller la charge et les incidents, la plaque de tête 2 est munie d'un système de capteurs composés des capteurs de déformation 32, 34 constitués par des jauges de contrainte ; ces capteurs sont prévus sur la plaque de tête 2, dans la zone des différents bras de raccordement de pales 4, sur la face supérieure et la face inférieure de la plaque (capteurs de déformation 32A, 32B) ou dans la zone du bord avant et du bord arrière des bras de raccordement de pales 4 (capteurs de déformation 34A, 34B). Cet ensemble de capteurs est complété par des capteurs d'accélération 36 agissant dans la direction radiale et qui sont montés sur la plaque de tête 2, chaque fois dans la zone des bras de raccordement de pales 4. Selon la figure 2, le système de capteurs comporte une unité centrale 38 qui exploite les signaux de mesure fournis par les capteurs. Les signaux fournis par les paires de capteurs 32A, 32B permettent de déterminer le couple de levée ; les signaux des paires de capteurs 34A, 34B permettent de déterminer les couples de pivotement des différentes pales de rotor 6 en fonction de la fréquence des pales ; à partir des couples de levée de toutes les pales 6 on détermine le couple appliqué au mât dans la direction de levée par le mouvement dynamique des pales. De façon correspon dante, on surveille.'le déséquilibre ou balourd du rotor à l'aide des capteurs d'accélération 36. Des contraintes dynamiques importantes, par exemple au démarrage du rotor, dans des conditions atmosphériques avec un fort vent ou pour des exercices d'autorotation, on peut de cette manière détecter la durée de vie résiduelle du rotor et comparer à des valeurs limites prédéterminées. Le système de capteurs ainsi décrit offre non seulement un moyen de contrôle des états de charge respectifs du système de rotor mais permet également de déceler un incident et de l'afficher car les signaux de mesure des différents capteurs varient de manière significative en cas d'incidents. Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise l'élasticité de la plaque de tête de rotor 2 dans la zone des bras de raccordement 4 des pales pour réduire de façon active les couples de raccordement des pales des générateurs de vibrations ; pour cette réduction on prévoit, entre les zones de pales représentées en trait interrompu à la figure 1 et le mât 22 du rotor, des actionneurs constitués par des éléments de réglage piézo-électriques 40 (figure 2) qui s'opposent aux oscillations de flexion, dans la direction de levée et ces éléments de réglage sont commandés par l'unité centrale 38 en fonction des signaux de mesure fournis par les paires de capteurs 32A, 32B. Le rotor à pales multiples selon les figures 3 et 4 sera décrit ci-après avec des références augmentées de 100, par rapport aux références des figures précédentes ; ce rotor se distingue en premier lieu par une autre forme et une autre géométrie de la section des éléments de plaques 116, 118 ainsi que par l'intégration d'un amortissement de pivotement dans la plaque de tête souple 102 du rotor. Dans cet exemple de réalisation, les segments de plaques souples 116, 118 forment, en vue de dessus selon la figure 3, des carrés concentriques par rapport au centre du rot or ; les bras de raccordement 104 des pales sont prévus sensiblement au milieu des côtés des carrés ; les points de fixation sur le mât 120 sont prévus au sommet du segment de plaque extérieur 118. Le mât 122 du rotor a une section en étoile et se termine, comme dans le premier exemple de réalisation, juste en dessous de la plaque de tête 102 pour créer le dégagement nécessaire à la déformation élastique de la plaque de tête 102. Entre les bras de raccordement des pales 104 et les points de fixation 120, le segment de plaque extérieur 118 est souple en torsion mais rigide dans le plan de rotation du rotor, comme cela est indiqué à la figure 4, grâce à la section cruciforme du segment de plaque 118. Le segment de plaque intérieur 116 est constitué dans ce cas d'une partie supérieure 124 et d'une partie inférieure 126 reliées solidairement ; ces parties passent pardessus les bras de raccordement 104 à l'extrémité intérieure, sur le côté supérieur et le côté inférieur, chaque fois avec interposition d'un amortisseur en élastomère 128 actif dans la direction de basculement ; cet amortisseur 128 se compose d'une alternance de plusieurs couches d'élastomère et de couches rigides. Dans cet exemple les axes de butée fictifs ne sont pas formés uniquement par l'élasticité de flexion de levée des bras de raccordement de pales 104 mais en plus par la déformation élastique des segments de plaques 116, 118 provoquée par le mouvement de levée des pales du rotor. Le système de capteurs, y compris les capteurs de flexion de levée et de pivotement 132, 134 ainsi que les capteurs d'accélération 136 et une unité centrale (non représentée aux figures 3 et 4), sont pour l'essentiel identiques aux moyens analogues du premier exemple de réalisation. Toutefois, dans ce cas, entre les extrémités radialement intérieures des bras de raccordement de pales 104 et le segment de plaque intérieur 116 il y a des actionneurs 142 agissant dans le plan de rotation du rotor ; ces actionneurs sont également constitués par des éléments de réglage piézo-électriques commandés par l'unité centrale en fonction des signaux de déformation générés par les capteurs 134A, 134B ; en complément des amortisseurs d'oscillations passifs 128, ces éléments de réglage produisent une réduction active des oscillations dans la direction de basculement. R E E N DI C A T IONS 10) Rotor à pales multiples, sans axe de levée de pales pour un avion à voilure tournante, comprenant une plaque de tête de rotor, fixée rigidement au mât du rotor et ayant des bras de raccordement des pales élastiques en flexion dans la direction de levée, cette plaque se composant d'au moins un segment qui encastre de manière élastique en flexion, dans la direction de levée, les bras de raccordement des pales, sur les deux faces, avec une distance par rapport au centre du rotor, segment dont les points de fixation du côté du mât du rotor sont décalés dans la direction périphérique du rotor par rapport aux bras de raccordement des pales, caractérisé en ce que la plaque de tête (2, 102) est munie, au niveau du segment de plaque (16, 18 ; 116, 118) élastique en flexion, de capteurs de déformation (32, 34 ; 132, 134) qui détectent les mouvements de flexion des bras de raccordement des pales (4, 104). 20) Rotor à pales multiples selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de tête (2, 102) est munie de capteurs de déformation (32A, 32B ; 132A, 132B) sur la face supérieure et la face inférieure de la plaque pour détecter les mouvements de flexion de levée. 30) Rotor à pales multiples selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que selon le sens de rotation du rotor, sur le côté avant et le côté arrière des bras de raccordement de pales (4, 104), il y a des capteurs de déformation (34A, 34B ; 134A, 134B) pour détecter les mouvements de flexion de pivotement. 4 ) Rotor à pales multiples selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les capteurs de déformation (32, 34 ; 132, 134) sont des jauges de contrainte. 50) Rotor à pales multiples selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de tête (2, 102) comporte en outre des capteurs d'accélération (36, 136) agissant dans la direction radiale du rotor, monté au niveau des bras de raccordement de pales (4, 104) pour détecter le balourd du rotor. 6 ) Rotor à pales multiples sans axe de levée de pales pour un avion à voilure tournante, notamment selon la revendication 1, comportant une plaque de tête de rotor fixée rigidement au mât du rotor et comportant des bras de raccordement des pales, élastiques en flexion dans la direction de levée, cette plaque étant formée d'au moins un segment de plaque encastrant, de manière élastique en flexion dans la direction de levée, les bras de raccordement de pales, sur les deux côtés avec une distance radiale par rapport au centre du rotor, et les points de fixation du segment de plaque, du côté du mât du rotor, sont décalés dans la direction périphérique du rotor par rapport aux bras de raccordement des pales, caractérisé en ce que la plaque de tête de rotor (2, 102) est munie, dans la zone des bras de raccordement (4, 104) , d'actionneurs (40, 142) commandés à partir des capteurs pour réduire les oscillations. 7 ) Rotor à pales multiples selon la revendication 6, caractérisé en ce que les actionneurs (40, 142) sont des éléments de réglage piézoélectriques. 80) Rotor à pales multiples selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la plaque de tête de rotor (2) est munie d'actionneurs (40) agissant dans la direction de levée, entre le mât (22) du rotor et les bras de raccordement des pales (4). 90) Rotor à pales multiples selon la revendication 8, caractérisé en ce que les actionneurs (40), agissant dans la direction de levée, sont alternativement des capteurs de charge transversale passifs et des réducteurs actifs d'oscillations. 100) Rotor à pales multiples selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que chaque actionneur (142), agissant dans le plan de rotation du rotor, entre les bras de raccordement des pales (104), et un segment de plaque (116) rigide en pivotement de la plaque de tête du rotor (102), réduisent les oscillations dans la direction de pivotement.