Brevet FR2784350A1 — publié le 20000414

La présente invention concerne un dispositif pour réduire des vibrations engendrées sur la structure d'un aéronef à voilure tournante, notamment un hélicoptère. Bien que non exclusivement, la présente invention s'applique plus particulièrement à la réduction des vibrations engendrées par l'écoule- ment aérodynamique à travers le rotor principal de sustentation et d'avance d'un hélicoptère. On sait que ledit rotor principal, en tournant, aspire l'air situé audessus de lui et le refoule vers le bas, en érant, de manière à créer une veine d'air en mouvement. La pression et la vitesse de I'air varient tout au long de cette veine d'air. L'écoulement de cet air sur la structure de l'hélicoptère engendre des vibrations, particulièrement sensibles au niveau du poste de pilotage. Les vibrations ainsi engendrées sont principalement dues å l'exci- tation par l'écoulement aérodynamique précité des modes propres de la structure de l'hélicoptère, et notamment du premier mode de flexion latérale ou verticale de la poutre de queue de l'hélicoptère et sont généralement dénommées"tail shake"dans la technique aéronautique. Les vibrations dues à l'excitation de ce mode de flexion présentent généralement une fréquence de quelques hertz et sont extrmement nuisibles. Les différentes vibrations engendrées sur la structure d'un héli- coptère présentent de nombreux inconvénients, : -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'hélicoptère en est équipé. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvé- nients. Elle concerne un dispositif simple et de coût réduit, permettant de réduire, de façon efficace, des vibrations engendrées sur la structure d'un aéronef à voilure tournante et notamment les vibrations engendrées par l'écoulement aérodynamique à travers le rotor principal de sustentation et d'avance dudit aéronef. A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte : -au moins une masse battante fiée à ladite ; -au moins un moyen d'actionnement commandable et susceptible d'en gendrer des battements de ladite masse battante ; et -une unité de commande destinée à commander ledit moyen d'action nement de sorte qu'il engendre des battements de ladite masse bat tante à une fréquence et une amplitude permettant de réduire et mini miser lesdites vibrations. Ainsi, grâce à l'invention, ledit dispositif est un dispositif actif, dont faction de réduction des vibrations, engendrée par la masse battante, peut tre réglée et rendue optimale, ce qui permet de réduire efficacement lesdites vibrations. De plus : -en raison du nombre réduit de composants, ledit dispositif est simple, peu encombrant et peu coûteux ; et -en raison de l'absence de composants en mouvement, le coût de fonc tionnement de ce dispositif est très faible. En outre, de façon avantageuse, ledit dispositif comporte de plus : -une lame flexible liant ladite masse battante à ladite structure, ce qui permet notamment de faciliter les battements de la masse ; et/ou -un capteur de position susceptible de mesurer des valeurs représenta tives de la position de ladite masse battante, lesdites valeurs étant transmises à ladite unité de commande et utilisées par cette dernière pour déterminer, affiner et/ou contrôler les commandes dudit moyen d'actionnement, ce qui permet d'accroître J'efficacité dudit dispositif. Bien que ledit moyen d'actionnement puisse tre de différents types, notamment mécanique ou hydraulique, il est de préférence formé de manière à exercer une force électromagnétique pour engendrer les battements de ladite masse battante et comporte au moins un électro-aimant. Selon l'invention, ledit moyen d'amortissement peut tre réalisé de différentes manières. A titre de variantes, il peut notamment : -un seul électro-aimant qui est solidaire de la structure et agit sur la lame flexible fixée sur la structure, à proximité de la zone de fixation, ce qui permet d'obtenir un mode de réalisation simplifié : un effort sta tique est appliqué en permanence et l'effort dynamique est appliqué autour de cet effort statique ; -deux électro-aimants agencés de part et d'autre de ladite lame flexible, ce qui permet d'augmenter I'amplitude des battements ; ou -un seul électro-aimant qui est solidaire de la lame flexible et exerce une force électromagnétique sur ladite structure, ce qui permet d'obtenir un gain de masse. En outre, dans un autre mode de réalisation, ledit moyen d'actionnement comporte une barrette de fer agencée sur ladite masse battante et une bobine entourant ladite barrette de fer et dissipant de l'énergie dans une résistance électrique, via une unité de contrôle de l'intensité ou de la tension ou encore de la résistance dissipatrice. Le dispositif de réduction de vibrations obtenu alors est très léger et consomme peu d'énergie. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut tre réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Les figures 1 à 4 montrent schématiquement des modes de réali- sation différents et préférés d'un dispositif conforme à l'invention. Le dispositif conforme à l'invention et représenté dans quatre modes de réalisation 1A, 1B, 1C, 1D différents, respectivement sur les figures 1 à 4, est destiné à réduire des vibrations engendrées sur la structure 2 d'un aéronef à voilure tournante, notamment un hélicoptère, non repré- senté. Selon l'invention, ledit dispositif 1A à 1D : -une masse battante 3 reliée, par l'intermédiaire d'une lame flexible 4, à ladite structure 2 ; -un moyen d'actionnement 5A, 5B, 5C ou 5D précisé ci-dessous, com mandable et susceptible de déplacer, au moyen d'une force électroma- gnétique, ladite masse battante 3, c'est-à-dire de commander ses bat tements ; et -une unité de commande UC1, UC2 destinée à commander ledit moyen d'actionnement 5A à 5D, comme illustré par une liaison 7, de sorte qu'il déplace ladite masse battante à une fréquence et une amplitude permettant de réduire et minimiser lesdites vibrations. La lame flexible 4 et la masse battante 3 sont réglées sur une fré- quence moyenne et l'excitation de cet ensemble résonateur est donc réalisée de façon électromagnétique par ledit moyen d'actionnement 5A à 5D, ce qui permet de régler de façon précise l'action de réduction de vibrations. Bien entendu, dans le cadre de la présente invention, ladite excitation peut également tre réalisée de façon mécanique, hydraulique ou toute autre. Ainsi, grâce à l'invention, et en particulier au nombre réduit de composants, ledit dispositif 1A à 1D est simple, peu encombrant et peu coûteux. De plus, le coût de fonctionnement de ce dispositif 1A à 1D est presque nul, puisqu'il ne comporte aucune pièce en mouvement et la lame flexible 4 est dimensionnée en durée de vie infinie. Selon l'invention, ledit dispositif 1A, 1B, 1C comporte de plus un capteur de position 8, par exemple un capteur optique, inductif ou à effet Hall, susceptible de mesurer des valeurs représentatives de la position de ladite masse battante 3, et notamment la distance entre ledit capteur 8 qui est fixe et ladite lame flexible 4. Les valeurs ainsi mesurées sont transmises à l'unité de commande UC1 par une liaison 9 et sont utilisées par cette dernière pour déterminer, affiner et/ou contrôler les ordres de commande du moyen d'actionnement 5A à 5C, ce qui permet d'augmenter les performances dudit dispositif 1 A à 1C. En outre, selon l'invention : -dans les modes de réalisation 1A à 1C, t'unité de commande UC1 comprend des moyens 6 qui réalisent un asservissement en force et contrôlent cet asservissement notamment à I'aide des mesures du cap teur de position 8, et un calculateur non représenté qui forme, de fa gon usuelle, des ordres de commande et les transmet par une liaison 10 ; et -dans le mode de réalisation 1 D, ladite unité de commande UC2 est un calculateur de type usuel. Comme on peut le voir sur la figure 1, le moyen d'actionnement 5A comporte un électro-aimant 11 qui est fixe et qui agit sur la lame flexible 4 qui, quant à elle, est formée de manière à tre sensible à des forces électromagnétiques. On sait qu'un électro-aimant peut engendrer des efforts importants, mais avec l'inconvénient de ne pouvoir le faire que sur de faibles distances. Aussi, pour augmenter l'efficacité de l'électro-aimant 11, il est agencé de manière à agir sur la lame flexible 4 près de sa zone de fixation 12 sur la structure 2, où les déplacements de la lame 4 sont faibles et sa raideur est importante. On notera que, dans les modes de réalisation comportant une bobine, le capteur de position 8 peut tre un moyen susceptible de mesurer la tension et l'intensité aux bornes de la bobine. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le moyen d'actionnement 5B comporte, en plus de l'électro-aimant 11, un second électroaimant 13, lesdits électro-aimants 11 et 13 étant agencés de part et d'autre de la lame flexible 4 à proximité de la zone de fixation 12. Par faction combinée de ces deux électro-aimants 11 et 13, on peut engendrer une amplitude de battement importante de la lame 4. En outre, pour obtenir un gain de masse, on peut monter un électro-aimant 14 directement sur la lame 4, tel que représenté sur la figure 3. Cet électro-aimant 14 agit alors sur un élément métallique 15 fixé la structure 2. L'apport de masse ainsi obtenu permet donc de réduire, en conséquence, la masse 3. Par ailleurs, dans le mode de réalisation de la figure 4, le moyen d'actionnement 5D comprend une barrette de fer 16 qui est fixée sur la masse 3 et qui est soumise à faction d'un circuit électrique 17. Ce circuit électrique 17 comporte une bobine 18 entourant la barrette 16 et dissipant de l'énergie dans une résistance 19, ainsi qu'un dis positif de commutation 20 commandé par l'unité de commande UC2 et produisant une variation commandée du courant traversant la bobine 18. Ce dernier dispositif 1 D est extrmement léger et consomme peu d'énergie. De plus, bien que la réduction de vibrations obtenue par ce dispositif 1 D soit moins importante que celle engendrée par les dispositifs 1A à 1 C, elle est suffisante pour de nombreux types de vibrations. Par ailleurs, le dispositif 1A à 1D conforme à l'invention peut bien entendu tre appliqué à différentes structures. Toutefois, de préférence, il est utilisé pour réduire les vibrations précitées et dénommées"tail shake". A cet effet, dans le cas d'un héli- coptère, ledit dispositif 1A à 1D est monté de préférence dans la structure 2 de la poutre de queue à proximité de la dérive et de l'empennage horizontal dudit hélicoptère. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réduire des vibrations engendrées sur la structure (2) d'un aéronef à voilure tournante, notamment un hélicoptère, caractérisé en ce qu'il comporte : -au moins une masse battante (3) liée à ladite structure ; -au moins un moyen d'actionnement (5A, 5B, 5C, 5D) commandable et susceptible d'engendrer des battements de ladite masse battante ; et -une unité de commande (UC1, UC2) destinée à commander ledit moyen d'actionnement (5A, 5B, 5C, 5D) de sorte qu'il engendre des battements de ladite masse battante (3) à une fréquence et une ampli tude permettant de réduire et minimiser lesdites vibrations. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une lame flexible (4) liant ladite masse battante (3) à ladite structure (2). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un capteur de position (8) susceptible de mesurer des valeurs représentatives de la position de ladite masse battante (3), lesdites valeurs étant transmises à ladite unité de commande (UC1) et utilisées par cette dernière pour déterminer les commandes dudit moyen d'actionnement (5A, 5B, 5C). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen d'actionnement (5A, 5B, 5C, 5D) exerce une force électromagnétique pour engendrer les battements de ladite masse battante (3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen d'actionnement (5A, 5B, 5C) comporte au moins un électro-aimant (11,13,14). 6. Dispositif selon la revendication 5 dépendant de la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un électro-aimant (11,13) est solidaire de la structure (2) et agit sur la lame flexible (4) fixée sur la structure (2), à proximité de la zone de fixation (12). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen d'actionnement (5B) comporte deux électro-aimants (11, 13) agencés de part et d'autre de ladite lame flexible (4). 8. Dispositif selon la revendication 5 dépendant de la revendication 2, caractérisé en ce que ledit au moins un électro-aimant (14) est solidaire de la lame flexible (4) et exerce une force électromagnétique sur ladite structure (2). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit moyen d'actionnement (5D) comporte une barrette de fer (16) agencée sur ladite masse battante (3) et une bobine (18) entourant ladite barrette de fer (16) et dissipant de l'énergie dans une résistance électrique (19), via une unité de contrôle.