Brevet FR2779117A1 — publié le 19991203

La présente invention concerne une pale pour un rotor sans palier d'un hélicoptère, composée d'une partie de pale générant un mouvement ascensionnel et d'une poutre sou- ple entourée par un manchon de commande, au point de liaison du branchement et de la pale générant la force ascension- nelle, vis-à-vis de la poutre souple, le circuit est indépen- dant et peut se faire à l'aide d'un moyen de branchement. Les pales de rotor d'hélicoptère sont principale- ment réalisées en matériaux composites à base de fibres. Pen- dant leur fonctionnement, les pales de rotor sont déformées dans différentes directions et ainsi fortement sollicitées. Une pale de rotor sans palier comporte à son ex- trémité interne, du côté de la tête de rotor, un élément de structure souple en flexion et en torsion (encore appelé pou- tre souple) permettant des mouvements dans la direction de battement, de basculement et de débattement angulaire autour de l'axe de torsion. De plus, la poutre souple transmet les forces centrifuges de la pale à la tête de rotor. La zone souple en torsion de la poutre souple se trouve à l'intérieur d'un manchon de commande rigide en torsion qui transmet les mouvements de commande à la partie de la pale générant la poussée ascensionnelle. La partie de pale générant cette poussée s'étend de l'extrémité du manchon de commande jusqu'à l'extrémité extérieure de la pale du rotor, c'est-à-dire la pointe de la pale. Pour garantir une stabilité suffisante à la réso- nance au sol et à l'air, il faut amortir les mouvements de basculement de la pale de rotor par des éléments d'amor- tissement. L'efficacité des éléments d'amortissement dépend principalement de la transmission des mouvements de bascule- ment de la partie de pale générant la poussée ascensionnelle vers les amortisseurs. Toute souplesse dans la cinématique d'amortissement vers les amortisseurs, diminue l'amortis- sement. Dans le cas de rotors sans palier, la transmission du mouvement de basculement vers les amortisseurs se fait par l'intermédiaire des manchons de commande qui sont toutefois réalisés de manière rigide en basculement pour les raisons évoquées ci-dessus, et sont reliés également de manière ri- gide en basculement à la partie de la pale générant la pous- sée ascensionnelle. Pour fabriquer séparément la poutre souple ou permettre de la remplacer en cas d'incident, ou encore pour permettre de replier une pale ou de remplacer la partie de pale générant la poussée ascensionnelle, on intègre avanta- geusement un point de séparation entre la poutre souple et la partie de pale générant la poussée ascensionnelle. Ce n'est que cette construction modulaire de la pale de rotor qui of- fre des possibilités supplémentaires vis-à-vis d'une pale de rotor en une seule partie. Le point de jonction doit trans- mettre en sécurité les forces centrifuges engendrées par la rotation de la pale. Les moyens de liaison ou de jonction au point de jonction sont relativement rapprochés par rapport à la direction en profondeur du profilé, c'est-à-dire que leur intervalle représente au maximum entre 1, 0 et 1,2 fois la plus grande largeur projetée dans le plan de la pale de rotor de la plage de la poutre souple en torsion. Une pale de rotor selon le document US 5 096 380 possède, au niveau de la jonction entre la poutre souple et la partie de pale qui génère la poussée ascensionnelle, un nombre relativement important de boulons reliant le manchon de commande à la poutre souple, de manière rigide en bascule- ment avec la partie de pale générant la poussée ascension- nelle. Dans cette solution connue, on obtient la rigidité nécessaire en augmentant les boulons de liaison. Lorsqu'on replie une pale, il faut dans ces conditions enlever tous les boulons à l'exception de l'un d'entre eux; inversement, avant un vol, il faut faire les opérations inverses et res- serrer avec un couple prédéterminé. Or, ces opérations sont très compliquées. Le document US-A 4 676 720 décrit une pale de ro- tor ne comportant que deux boulons au point de liaison et qui peut ainsi se plier facilement. Cette pale de rotor présente néanmoins un amortisseur coûteux et compliqué qui peut com- penser les pertes cinématiques par la rigidité de liaison moindre du manchon de commande. De plus, la liaison au niveau du point de jonction est d'une réalisation très compliquée et doit être serrée avec des boulons qui s'expansent pour arri- ver à une rigidité de liaison suffisante. Dans ces condi- tions, la tête de la poutre souple a une forme légèrement plus large que la plage souple en torsion de la poutre de flexion. Cela est prévu pour des raisons de rigidité en bas- culement. Avoir une rigidité de basculement suffisante est une condition nécessaire pour le point de jonction. La lar- geur légèrement réduite de la tête de la poutre souple ne mo- difierait toutefois rien de l'état de la technique, car on part du principe que le flux des efforts engendrés par la force centrifuge aboutit dans la ligne d'action directe de la force centrifuge. Le document US-A-4 676 720 (figure 3) décrit la caractéristique principale du branchement entre une tête de poutre souple et une partie de pale générant la poussée as- censionnelle. Pour les raisons évoquées ci-dessus, la pale générant la poussée ascensionnelle présente un branchement en forme de fourche avec la cavité qui se trouve dans l'inter- valle. Les deux bras de fourche sont prévus dans la direction verticale au-dessus et en dessous du plan de basculement, et permettent une intervention de la poutre souple entre les deux bras de la fourche jusqu'à la venue en butée de la cavi- té. La tête de la poutre souple et les bras de fourche possè- dent des perçages verticaux concordants pour recevoir les moyens de liaisons. Une telle liaison du point de séparation se traduit par une hauteur constructive relativement impor- tante. Cela se traduit par une forme du manchon de commande peu avantageuse du point de vue aérodynamique. La présente invention a pour but de développer une pale de rotor pour un rotor sans palier d'un hélicoptère, avec un point de jonction permettant de replier très rapide- ment la pale de rotor en améliorant la rigidité en bascule- ment de la liaison au point de jonction et en réduisant l'encombrement en hauteur du point de jonction pour que la résistance à l'air soit réduite au minimum. A cet effet, l'invention concerne une pale de ro- tor du type défini ci-dessus caractérisée en ce que le moyen de branchement est constitué par deux bras de raccordement dans le plan de basculement (ER) de la pale de rotor (R). Le moyen de raccordement au point de jonction est en forme de deux bras de raccordement qui arrivent dans le plan de basculement de la pale de rotor. Le plan de bascule- ment correspond principalement au plan de la pale du rotor. Le fait que ce moyen de raccordement soit réalisé sur la tête de la poutre souple ou soit constitué comme bran- chement pour la pale, constitue des moyens équivalents. De façon avantageuse, le moyen de raccordement se présente sous la forme de deux bras de raccordement pour la pale. Dans cette réalisation, les deux bras de raccordement de la pale sont prévus de part et d'autre près de la tête de la poutre souple dans le plan de basculement. De façon avantageuse, les bras de raccordement sont alignés les uns par rapport aux autres essentiellement suivant une forme de V. Les bras de raccordement et la tête de la poutre souple sont reçus par une ferrure. A l'aide de moyens de liaison, on se fixe sur une ferrure. De façon avantageuse, on peut également réaliser la tête de la poutre souple sous la forme d'une ferrure recevant les bras de raccordement. La ferrure peut par exemple se réaliser en métal ou en matière composite avec des fibres. Les bras de raccordement sont fixés à la ferrure par des moyens de liaison. Les moyens de liaison des bras de raccordement présentent, dans le plan de basculement, une distance respective qui correspond au moins à 1,3 fois la plus grande largeur projetée sur le plan de basculement (correspondant au plan de la pale du rotor) pour la plage souple en torsion de la poutre souple. La présente invention offre l'avantage d'augmen- ter la rigidité en basculement de la liaison au point de jonction bien que seulement deux moyens de liaison soient né- cessaires. Vis-à-vis des solutions connues, on réduit en même temps, de manière significative la hauteur de construction du point de liaison sans que la résistance mécanique des points de liaison soit influencée de manière négative. Il est ainsi possible de concevoir l'ensemble du manchon de commande d'une manière plus avantageuse du point de vue aérodynamique. La ferrure absorbe également la déviation du flux de la force centrifuge. Elle est également dimensionnée de ce point de vue. Selon un autre développement, on peut également réaliser la paroi intérieure à l'extrémité d'un manchon de commande, sous la forme d'une ferrure. La ferrure porte des perçages pour les moyens de liaison. La présente invention permet, après desserrage et enlèvement d'un moyen de liaison du point de jonction, par exemple une liaison vissée, de basculer très rapidement la partie de la pale générant la poussée ascensionnelle du rotor dans le plan de basculement, pour replier la pale. La symé- trie de la ferrure permet de replier la pale autour de chacun des deux moyens de liaison. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés, dans les- quels: - la figure 1 montre une pale de rotor avec un point de liaison, selon l'état de la technique, - la figure 2 montre le point de liaison selon l'invention sur la pale de rotor, avec les moyens de raccor- dement de la pale, - la figure 2a montre le flux de la force centri- fuge au niveau du point de liaison, - la figure 2b est une vue de côté du moyen de liaison selon l'invention, - la figure 3 montre le point de liaison avec ferrure, - la figure 4 montre le manchon de commande avec la ferrure intégrée, - la figure 5 montre la tête de la poutre souple avec une ferrure intégrée, - la figure 6 montre une pale de rotor pour un rotor sans palier avec un point de liaison complet, - la figure 6a montre la ferrure correspondant à la réalisation de la figure 6, - la figure 7 montre des pales de rotor repliées. La figure 1 (état de la technique) montre schéma- tiquement la pale de rotor R d'un rotor sans palier selon une solution connue. La pale de rotor R, connue, est formée d'un élément de structure 1 encore appelé par des spécialistes poutre souple 1, et d'une partie de pale 3 générant la pous- sée ascensionnelle; la poutre souple 1 est entourée par un manchon de commande 2 rigide en torsion. La poutre souple 1 est en matière composite renforcée par des fibres. La poutre souple 1 est fixée au niveau de sa base sur la tête de rotor (non représentée). Lorsque la tête de rotor tourne, chacune des pales tourne autour de l'axe AR du rotor; les pales de rotor tournent dans le plan ER. Le plan ER de rotation des pales correspond en même temps pratiquement au plan de bascu- lement portant également la référence ER. L'axe longitudinal médian ML d'une pale de rotor R se situe principalement dans ce plan de basculement ER. Chaque pale de rotor présente un point de liaison T entre la poutre souple 1 et la pale 3. Les pales de rotor sont ainsi en deux parties. La partie de pale 3 qui génère la poussée ascensionnelle comporte comme moyens de raccordement, deux bras 3.10, 3.20 en forme de fourche re- cevant la tête de poutre souple 1.1 dans la cavité située en- tre les deux bras. Les bras de fourche 3.10, 3.20 se trouvent au-dessus ou en dessous du plan de basculement ER. La partie de pale 3 générant la poussée ascen- sionnelle peut être fixée par exemple à l'aide de deux moyens de liaison Vl, V2, de préférence deux boulons, à la poutre souple 1 et au manchon de commande 2. Les moyens de liaison V1, V2 sont toutefois à une distance relativement faible a0 l'un de l'autre, distance qui correspond sensiblement à 1,0 1,2 fois la largeur (b) de la partie souple en torsion de la poutre souple, de sorte que le branchement entre la poutre souple 1 et la pale 3 doit être relativement haut pour des raisons de rigidité, ce qui est un inconvénient aérodynami- que. La hauteur constructive du point de liaison T correspond à la hauteur verticale par rapport au plan de basculement; l'axe longitudinal médian ML de la pale de rotor se situe dans ce plan et la hauteur se mesure entre ce plan et la li- mite supérieure du branchement de pale, c'est-à-dire du bras de la fourche. Il faut en outre utiliser des moyens d'amortissement coûteux et compliqués 4 pour compenser de nouveau la perte cinématique par une rigidité de fixation ré- duite des manchons de commande 2 La figure 2 montre schématiquement une réalisa- tion du point de jonction selon l'invention. La pale de rotor R se trouve dans le plan de la figure qui correspond au plan de basculement ER. La pale de rotor R qui s'y trouve a un point de jonction T. Le point de jonction a pour but de re- lier les différentes pièces résultant de la modularité de la pale de rotor, notamment la poutre souple et la partie de pale générant la poussée ascensionnelle, ainsi que le manchon de commande, et de transmettre les efforts engendrés. Le di- mensionnement du point de liaison est principalement défini par les charges engendrées pendant la rotation de la pale de rotor, mais également celles engendrées par l'état replié de la pale de rotor. Selon la figure 2, le moyen de raccordement du point de jonction T est formé par un branchement à dou- ble bras (fixation à double bras). Le branchement à double bras est réalisé avec deux bras de raccordement 5.1, 5.2. Les bras de raccordement 5.1, 5.2 se trouvent dans le plan de basculement ER de la pale de rotor R. Ils se trouvent ainsi à côté de la poutre souple 1. De manière avantageuse, les bras de raccordement 5.1, 5.2 se trouvent à l'intérieur du manchon de commande 2. Les bras de raccordement 5.1, 5.2 permettent la liaison avec la poutre souple 1. Comme moyens de raccordement, ces bras reçoivent également les efforts et les transmettent. Un manchon qui entoure éventuellement les deux bras de raccordement ne modifie pas la réalisation de base des deux bras de raccordement. La forme des bras de raccorde- ment peut être très diversifiée. Les bras de raccordement sont de préférence également réalisés en matière composite renforcée par des fibres. Les deux bras de raccordement 5.1, 5.2 définissent une cavité recevant la tête 1.1 de la poutre souple. La liaison entre cette position de la tête de poutre souple et les bras de raccordement peut être créée par une ferrure positionnée exactement vis-à-vis des deux bras et par un moyen de liaison du point de jonction, une liaison amovi- ble rigide en basculement. Un autre avantage de la ferrure est de réaliser un nouveau concept d'amortissement selon lequel les amortis- seurs sont également fixés à la ferrure. On a constaté que les moyens de liaison V1, V2 ont entre eux une distance a1 supérieure à 1,2 fois la lar- geur (b) de la plage de poutre souple (c), souple en torsion, projetée sur le plan de basculement ER. La dimension qui cor- respond au maximum à 1,2 fois la largeur (b) est indiquée à titre accessoire avec la distance a0 à la figure 2. De manière avantageuse, cette distance a1 repré- sente 1,5 fois la largeur (b) de la plage de la poutre souple (c), souple en torsion, projetée sur le plan de la pale du rotor. Grâce à la distance augmentée al, ainsi obtenue, entre les deux moyens de liaison Vl, V2 (par exemple les vis), on réalise une liaison très rigide de la pale d'entraînement au manchon de commande 2. On obtient une très grande rigidité si les deux moyens de liaison correspondent à la distance maxi- male possible. La distance maximale possible a1 entre les deux moyens de liaison V1, V2 au point de jonction T s'obtient lorsque celui-ci atteint une valeur proche de la profondeur du profilé de la pale 3. La profondeur du profilé de la pale 3 du point de jonction correspond à la distance la plus courte entre les lignes de limitation 3. 1, 3.2 de la pale 3. Selon l'exemple de réalisation de la figure 2, on peut au choix utiliser une ferrure 6, 6.3 décrite ci-après ou une ferrure 6.1 intégrée au manchon de commande 2. Selon une autre variante de réalisation, on peut également prévoir la tête de poutre souple 1.1 d'origine pour en former une fer- rure 6.2. L'utilisation d'une ferrure règle de manière fixe la distance a1 entre les deux moyens de liaison V1, V2. Après desserrage et nouvelle liaison, la distance a1 reste inchan- gée. On arrive à une rigidité de basculement significative- ment augmentée, si l'on a une distance a1 pour les moyens de liaison évoqués V1, V2. On obtient ce résultat si on a une déviation significative du flux de force F de la force cen- trifuge de la ligne d'action de la force centrifuge dans la pale de rotor. Cette situation est représentée à la figure 2a. La figure 2b montre une vue de côté du point de jonction T entre la poutre souple 1 et la partie de pale 3. Cette vue de côté montre que la tête de poutre souple 1.1 est reçue entre les bras de raccordement; la figure montre éga- lement le bras de raccordement 5.2. La tête de poutre souple arrive par une liaison par la forme jusqu'en butée contre la cavité entre les deux bras 5.1, 5.2. Comme cela apparaît en outre de manière claire, les bras 5.1, 5.2 se trouvent dans le plan de basculement ER. Cela réduit de manière très signi- ficative la hauteur de construction du point de liaison T. La liaison est réalisée par une ferrure 6 formée de deux plaques de ferrure séparées 6.40, 6.41. Cette ferrure 6 possède des perçages pour recevoir les moyens de liaison V1, V2. Les moyens de liaison V1, V2 fixent et bloquent la tête de la poutre souple et les bras de raccordement entre les deux plaques de ferrure 6.40, 6.41. La figure 3 montre schématiquement une vue écla- tée d'un point de liaison T de la pale de rotor R utilisant une ferrure 6. Cette figure montre une coupe de la poutre souple 1 avec la tête de poutre souple 1.1. Cette poutre sou- ple 1 est entourée par le manchon de commande 2. L'extrémité du manchon de commande 2 tournée vers le point de jonction T est en forme de bec. Cette extrémité en forme de bec comporte des perçages recevant les moyens de liaison V1, V2. Entre l'extrémité en forme de bec du manchon de commande 2 se trouve placée la tête de poutre souple 1.1 qui comporte des perçages pour fixer la ferrure 6 avec des moyens de fixation distincts; la ferrure 6 se compose de deux plaques de fer- rure 6.40, 6.41 identiques. Chaque plaque de ferrure 6.40, 6.41 se fixe au-dessus ou en dessous de la tête 1.1 de la poutre souple. Entre les deux plaques de ferrure 6.40, 6.41 de la ferrure 6, on positionne les deux bras de branchement 5.1, 5.2 de la pale 3 qui sont disposés en forme de V. Chaque bras de branchement comporte un perçage à son extrémité. La tête 1.1 de poutre souple se trouve entre les deux bras de branchement 5.1, 5.2. Le moyen de liaison V2 est par exemple positionné, après le montage dans les perçages B1, B2 de la ferrure 6. La distance a1 des moyens de liaison V1, V2 est fixée avec la distance entre les perçages B1, B3 de la fer- rure 6. La figure 4 montre schématiquement une variante avec une ferrure 6.1 intégrée dans le manchon de commande 2. La ferrure 6.1 est formée par deux plaques de ferrure 6.10, 6.11, de même dimension. Les plaques de ferrure sont prévues l'une au-dessus de l'autre à l'extrémité du manchon de fer- rure 2. La tête de poutre souple 1.1 et le moyen de raccorde- ment 5 sont positionnés comme déjà décrit. La figure 5 montre une autre variante d'une tête 6.2 de poutre souple réalisée en forme de ferrure. Cette pou- tre souple positionnée avec la tête de poutre souple 6 2 dans un manchon de commande, permet de recevoir le moyen de fixa- tion 5 de la pale 3 de la façon décrite. Les deux bras de raccordement 5.1, 5.2 peuvent ainsi être dégagés par la pou- tre souple 1 dans le noyau de basculement. On obtient ainsi la distance a1 pour les bras de raccordement 5.1, 5.2. Dans les figures ci-dessus, pour des raisons de simplification, on n'a pas tenu compte pour les moyens d'amortissement de la vue qui les représente. La figure 6 montre ainsi une réalisation des moyens d'amortissement uti- lisés au point de jonction T. La pale de rotor R se trouve dans le plan de coupe ER. La poutre souple 1 est entourée par un manchon de commande 2. Le manchon de commande 2 représenté ouvert, coupé, permet de reconnaître une ferrure 6.2 fixée à la tête de la poutre souple. Il apparaît en outre que le bras de raccordement 5.2 de la borne de raccordement 5 de la pale 3 est relié de manière amovible au moyen de liaison V2. Une remarque analogue s'applique aux deux autres bras de raccor- dement du moyen de raccordement n'apparaissant pas dans le dessin. La figure 6 montre un dispositif d'amortissement encore réalisable avec l'état de la technique valable jusqu'à ce jour. Dans cette réalisation, des moyens d'amortissement 7, 8 sont fixés directement à la ferrure 6.3. Le manchon de commande 2 est là encore fixé comme manchon de service sur les évaporateurs 7, 8, et soutenu au niveau de son extrémité intérieure par un palier d'appui (correspondant à un appui de manchon de commande 9) pour recevoir la poutre souple 1. Les moyens d'amortissement 7, 8 se trouvent dans le plan de basculement ER à côté de la poutre souple 1 et à l'intérieur du manchon de commande 2. Un tel point de sépara- tion permet de replier très rapidement la pale de rotor. Tou- tefois, le point de jonction possède également une rigidité de flexion améliorée de manière considérable grâce à l'installation des bras de raccordement dans le plan de bas- culement. Il suffit avantageusement de seulement deux points de liaison, notamment si l'on simplifie les moyens d'amortissement. Un autre avantage réside dans la réduction considérable de la hauteur des points de séparation, de sorte que le manchon de commande est plus avantageux sur le plan aérodynamique pour le point de jonction suivant. La figure 6a montre une telle ferrure 6.3 selon la figure 6. La ferrure 6.3 a une forme en U avec deux bran- ches 6.31, 6.32. A l'état installé pour la forme en U, la ferrure présente un trou oblong 6.33. Ce trou oblong 6.33 peut être introduit et positionné par la tête de poutre sou- ple 1.1. A côté du trou oblong 6.31 sur la selle, on a chaque fois une nervure 6.34, 6.35. Les deux nervures 6.34, 6.35 servent à fixer les moyens d'amortissement 7.8. Un tel moyen d'amortissement 7.8 peut également être un amortisseur formé de couches d'élastomère ou encore être fixé à l'une des bran- ches 6.34, 6.35. Les moyens d'amortissement amortissent le mouvement de basculement d'une pale de rotor R dans le plan de la pale de rotor (plan de basculement) ER. La figure 7 montre un rotor complètement replié dans lequel toutes les pales générant une fonction ascension- nelle sont tournées vers une direction. Les pales à entraîner sont repliées vers l'arrière au niveau du point de liaison du plan de la pale de rotor, si bien que les moyens de liaison existants sont éloignés (avec chaque fois un goujon par point de séparation). R E V E ND I C A T I O N S 1 ) Pale pour un rotor sans palier d'un hélicoptère, composée d'une partie de pale générant un mouvement ascensionnel et d'une poutre souple entourée par un manchon de commande, au point de liaison du branchement et de la pale générant la force ascensionnelle, vis-à-vis de la poutre souple, le cir- cuit est indépendant et peut se faire à l'aide d'un moyen de branchement, caractérisée en ce que le moyen de branchement (5) est constitué par deux bras de raccordement (5.1, 5.2) dans le plan de basculement (ER) de la pale de rotor (R). 2 ) Pale de rotor selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux bras de branchement (5.1, 5.2) sont prévus de part et d'autre près de la tête de la poutre souple. 3 ) Pale de rotor selon la revendication 2, caractérisée en ce que les bras de branchement (5.1, 5.2) sont alignés l'un par rap- port à l'autre dans le plan de basculement, essentiellement selon une forme de V. 4 ) Pale de rotor selon la revendication 4, caractérisée en ce que les bras de raccordement (5.1, 5.2) sont reçus par une fer- rure (6, 6.1, 6.2, 6.3). 5 ) Pale de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de liaison (Vl, V2) des bras de raccordement (5.1, 5.2) ont une distance (al) réciproque dans le plan de bascu- lement (ER); cet écartement correspond à au moins 1,3 fois la largeur (b) la plus grande projetée sur le plan de bascu- lement pour la plage (c) souple en torsion de la poutre sou- ple. 6 ) Pale de rotor selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémité du manchon de commande (2) qui se trouve à l'extrémité du point de branchement, est réalisée sur la pa- roi intérieure sous la forme d'une ferrure (6.1). 7 ) Pale de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ferrure (6, 6.1, 6.2, 6.3) présente au moins des perçages pour les moyens de liaison (Vl, V2). 8 ) Pale de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ferrure est en métal. 9 ) Pale de rotor selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ferrure est en matière plastique renforcée par des fibres.