Brevet FR2775042A1 — publié le 19990820

l La présente invention concerne un dispositif pour réduire les oscillations d'une structure, notamment dans un hélicoptère. Les structures cellulaires d'hélicoptère sont soumises à des oscillations considérables. Ces oscillations sont occasionnées par exemple par l'écoulement du fluide le long de la surface extérieure de l'hélicoptère. Dans le cas des oscillations de queue (Tail-Shake) appelées ci-après os- cillations TS, l'arrière de l'hélicoptère effectue des os- cillations à la fois dans la direction verticale et dans la direction latérale. En particulier, les premières formes pro- pres de flexion dans la direction verticale et dans la direc- tion latérale sont responsables des vibrations de la cabine au niveau du siège du pilote et influencent celle-ci très fortement. Pour réduire les oscillations TS, on utilise usuellement des amortisseurs d'oscillations. Ceux-ci se com- posent principalement de masses et de ressorts. Dans le cas des amortisseurs d'oscillations con- nus, la difficulté est qu'il faut des poids supplémentaires importants qui augmentent considérablement le poids total de l'hélicoptère. De plus, il faut beaucoup de place pour loger de telles masses. Cela entraîne entre autres que les amortis- seurs d'oscillations, connus, ne peuvent en général pas être logé dans un endroit o ils développeraient leur effet opti- mum. A cela, s'ajoute que des installations de fixation com- pliquées sont nécessaires pour les ressorts et les masses en différents endroits de l'hélicoptère. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et de développer un dis- positif de réduction des oscillations d'une structure, per- mettant une économie d'encombrement et de poids qui est facile à fabriquer et permet de réduire efficacement les os- cillations. De plus, l'invention doit développer un procédé permettant de réduire les oscillations dans des structures notamment des hélicoptères, de manière efficace et en écono- misant de la place. L'invention concerne également un procédé pour la réduction des oscillations, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on utilise une batterie comme amortisseur d'oscillations. Suivant une autre caractéristique de ce procédé: - on loge un corps oscillant de masse M dans un système de ressorts à deux degrés de liberté, le système de ressorts étant formé d'éléments de ressort plats déformables élasti- quement dans une direction de leur surface, - on fixe le système de ressorts dans une structure notamment à un hélicoptère à l'endroit o les mouvements significa- tifs de la structure se font dans deux directions essen- tiellement perpendiculaires, - le système de ressorts est aligné pour que la rigidité des éléments de ressort agisse dans les deux directions des mouvements de la structure. Le dispositif selon l'invention pour réduire des oscillations d'une structure notamment celle d'un hélicop- tère, comprend les moyens suivants: - un système de ressort avec une paroi élastique formant un corps creux, - un corps oscillant de masse M fixé au corps creux, - au moins une zone de la paroi étant déformable élastique- ment dans la direction de sa surface et elle présente une rigidité de ressort accordée sur la fréquence d'une os- cillation à réduire de la structure. Cela permet de loger de manière simple un corps oscillant pour qu'il puisse exécuter des mouvements élasti- ques par rapport à la structure ambiante, le corps oscillant étant néanmoins monté de manière permanente et stable. Une telle structure de ressort est peu encombrante, facile à fa- briquer; elle permet une bonne fixation à la structure pro- prement dite ainsi qu'une bonne adaptation aux oscillations à réduire. La mise en forme du système de ressort comme corps creux permet de coupler un corps oscillant par exemple sous la forme d'un bloc ou d'un cube à la structure environnante pour réduire efficacement les oscillations de la structure. De manière avantageuse, la paroi élastique est formée de plusieurs éléments de ressort en surface, dont la réunion constitue le corps creux. De manière préférentielle, chacun des éléments de surface est déformable élastiquement dans une direction de la surface. Le corps oscillant peut être une batterie comme par exemple la batterie de démarrage de l'hélicoptère. Cela permet une économie considérable de poids supplémentaire. De manière avantageuse, le dispositif présente deux degrés de liberté pour réduire les oscillations de la structure dans deux directions. Cela permet avant tout de réduire les pre- mières formes propres d'oscillation de la structure dans la10 direction verticale et dans la direction latérale. Le dispositif peut comporter quatre éléments de ressort disposés pour que chaque fois deux éléments de res- sort soient opposés par paires. La rigidité des éléments de ressort se distingue légèrement de manière préférentielle de l'une des paires de la rigidité des éléments de ressort de l'autre paire. Cela permet de réduire efficacement les oscilla- tions de la structure cellulaire pour les différentes fré- quences dans les différentes directions. La masse M du corps oscillant peut être de l'ordre de 10 à 50 kg et de préférence comprise entre 20 et 50 kg et notamment de préférence d'environ 26 à 27 kg. Cela permet une bonne adaptation aux fréquences requises. De manière préférentielle, le système de ressorts est relié par huit liaisons au corps oscillant et il comporte avantageusement huit autres liaisons pour être relié à la structure. La matière et/ou la longueur des éléments de ressort sont choisies de préférence pour que la rigidité et la course soient adaptées aux oscillations à réduire. Cela permet grâce à des moyens de construction simples, d'assurer une adaptation et une liaison optimale à la structure. De manière avantageuse, les éléments de ressort ou la paroi sont fabriqués en une matière composite à fibres par exemple avec une structure isotrope ou quasi-isotrope. Cela permet une construction légère tout en garantissant une grande résistance. De manière avantageuse, les éléments de ressort ont chaque fois un châssis rectangulaire plat avec une paire de premières branches longitudinales et une paire de premiè- res branches transversales et de manière préférentielle sur au moins l'une des premières branches longitudinales, au moins au milieu, il y a une seconde traverse qui peut s'étendre vers l'extérieur. Ainsi, les différents éléments de ressort sont mobiles élastiquement au niveau du châssis, dans la direction de la surface. Les éléments de ressort peuvent avoir chaque fois une seconde branche longitudinal parallèle à la première branche longitudinale et la première et la se- conde branche longitudinale sont reliées chaque fois en leur centre par la seconde traverse. Cela permet d'absorber les contraintes de traction et de pression dans la direction des traverses au centre des branches longitudinales qui se défor- ment élastiquement à cet endroit. De manière préférentielle, les éléments de res- sort en surface ont un contour extérieur rectangulaire et ils peuvent être reliés aux premières traverses par des corps os- cillants. La fixation des éléments de ressort à la structure se fait de préférence chaque fois aux quatre coins extérieurs des éléments à ressort. Selon une autre caractéristique, l'invention con- cerne un procédé pour réduire les oscillations d'une struc- ture notamment les oscillations TS d'un hélicoptère, selon lequel on utilise une batterie comme amortisseur d'oscillations. La batterie est de préférence montée sur un système de ressorts et ce système est lui-même monté à la batterie à l'endroit de la structure qui présente une pre- mière forme propre de flexion de la structure essentiellement un ventre d'oscillation. Selon d'autres caractéristiques, l'invention con- cerne un procédé de réduction des oscillations d'une struc- ture selon lequel: - on loge un corps oscillant de masse M dans un système de ressorts ayant deux degrés de liberté, le système de res- sorts étant formé d'éléments de ressort en surface qui sont déformables chaque fois élastiquement dans la direction de la surface, - on fixe le système de ressorts dans une structure notamment d'un hélicoptère à l'endroit o les mouvements significa- tifs de la structure se produisent dans deux directions perpendiculaires l'une à l'autre, - on aligne le système de ressorts pour que la rigidité des éléments de ressort agissent dans les deux directions des mouvements de la structure. Le procédé selon l'invention permet notamment de réduire efficacement les oscillations TS des hélicoptères. De manière préférentielle, le système de ressorts est fixé à un hélicoptère à l'endroit o les formes propres de flexion de l'hélicoptère présentent des ventres d'oscillations dans la direction latérale et dans la direc- tion verticale. Le procédé réduit de préférence des oscilla- tions d'une fréquence de 3 à 10 Hz et notamment de 5 à 10 Hz et en particulier de 5,6 Hz et/ou 6,0 Hz. Le dispositif et le procédé de réduction d'oscillations selon l'invention seront décrits ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 montre un mode de réalisation préférentiel du dispositif de l'invention, - la figure 2a est une vue de face du dispositif de la figure 1, - la figure 2b est une vue de côté du dispositif de la figure 1, - la figure 2c est une vue de dessous du dispositif de la fi- gure 1, - la figure 3 est une vue de face d'un élément du dispositif selon l'invention, - la figure 4 est une vue de face d'une autre réalisation d'un élément du dispositif selon l'invention, - la figure 5 est une vue schématique de la structure cellu- laire d'un hélicoptère en vue de dessus, montrant une pre- mière forme propre de flexion de l'hélicoptère dans la direction latérale, - la figure 6 est une vue schématique de la structure cellu- laire d'un hélicoptère en vue de côté, montrant une pre- mière forme de flexion de l'hélicoptère dans la direction verticale. La figure 1 montre un mode de réalisation préfé- rentiel du dispositif selon l'invention pour réduire les os- cillations d'une structure. Plusieurs éléments de ressort lla, 11b, 11c, lld sont disposés pour former un système de ressorts 1. Les éléments de ressort sont des éléments de sur- face ayant chaque fois un certain nombre de branches longitu- dinales 11Oa, 11Ob branches transversales 120a, 120b, 121, a, 121b, formées par des fentes ou des découpes dans l'élément de surface en forme de plaque. La limite extérieure des dif- férents éléments de ressort lia, 11b, 11c, lld est rectangu- laire; ils sont reliés aux arêtes 12 par leurs branches longitudinales respectives 111a, 11lb. Les éléments de res- sort adjacents sont disposés à l'équerre. Les éléments de ressort lla, 11b, 11c, lld for- ment en combinaison, une cavité ou un corps creux logeant une batterie 2 de l'hélicoptère comme partie d'un corps oscillant 23. La batterie 2 est fixée dans une structure de batterie 3, tubulaire, pour permettre une extraction et un échange faci- les. La batterie 2 et sa structure de support 3 forment dans ce cas un corps oscillant 23 commun. La batterie 2 et sa structure prismatique 3 de support se trouvent au centre du corps creux; la structure de support 3 est reliée par huit éléments de liaison carrés 4 aux différents éléments de res- sort l1a, 11b, 11c, 11d. Les éléments de liaison 4 sont re- liés chaque fois aux surfaces intérieures des corps creux pour les traverses extérieures 120a, 120b avec les éléments de ressort lla, 11b, 11c, 11d. Ainsi, le corps oscillant 23, parallélépipèdique est relié à chacun des éléments de ressort l1a, 11b, 11c, lld par deux éléments de liaison 4; les pa- rois latérales 10 du corps creux formées par les éléments de ressort sont chaque fois alignées parallèlement sur les pa- rois latérales voisines 230 du corps oscillant 23. La structure de ressort, tubulaire ou carrée for- mée par en tout quatre parois latérales, comporte aux coins, huit zones de fixation 5 servant à la fixation à la structure cellulaire de l'hélicoptère. Les liaisons peuvent se faire par collage, soudage et/ou vissage. Des propriétés élastiques du système de ressorts et le montage du corps oscillant 23 dans le corps creux per- mettent au corps oscillant 23 de se déplacer élastiquement dans deux directions Z, Y. Cela permet un mouvement dans un plan, c'est-à-dire avec deux degrés de liberté. Dans la di- rection de l'axe longitudinal du corps creux prismatique, c'est-à-dire dans la direction X, le corps oscillant 23 est tenu fixe et il ne peut effectuer aucun mouvement dans cette direction. Lorsque le corps oscillant 23 se déplace dans une direction, par exemple dans la direction Z, la rigidité des deux éléments de ressort est déterminante pour la force de rappel; ces éléments sont alignés parallèlement à cette di- rection qui est dans ce cas la direction Z. Pour un débattement latéral par exemple dans la direction Y, la rigidité des éléments de ressort lia, 11c dans la direction Y est déterminante pour la force de rappel. Les éléments de ressort, en forme de surface, disposés per- pendiculairement à la direction du débattement permettent dans ce cas aux éléments de ressort llb, lld, de réagir en souplesse dans la direction du débattement pour permettre ce débattement. Les figures 2a- 2c montrent des vues du dispositif selon l'invention selon différents côtés. La figure 2a est une vue de face du système de ressorts 1 comprenant les éléments de ressort lia, 11b, 11c, l1d et le corps oscillant 23. Le corps oscillant peut effec- tuer un débattement dans la direction Z et dans la direction Y contenu dans le plan du dessin. Dans la direction X, c'est- à-dire dans la direction perpendiculaire au plan du dessin, le système est rigide ce qui signifie qu'il offre une force de soutien élevée ou une grande rigidité. La figure 2b est une vue de la structure de res- sorts, tubulaire, de la figure 1 à partir du côté droit. L'élément de ressort plat llb comporte à ses quatre zones de coins les éléments de liaison 5 assurant la liaison avec la structure environnante. Les éléments de liaison 5 de ce mode de réalisation font corps sous la'forme de cornières si bien qu'ils servent à maintenir réuni deux éléments de ressort voisins. La figure 2c montre la structure de ressorts de la figure 1 vue de dessous. La batterie 2 peut effectuer un mouvement ou un débattement élastique dans la direction laté- rale, c'est-à-dire dans la direction Y et dans la direction verticale, c'est-à-dire dans la direction Z (direction per- pendiculaire au plan du dessin). Par contre, dans la direc- tion de l'axe longitudinal du corps creux, c'est-à-dire dans la direction X, aucun débattement n'est possible ou seulement un débattement très faible. La figure 3 montre l'un des éléments de ressort lla, 11b, 11c, lld du système de ressorts. Les branches lon- gitudinales rectangulaires plates 11Oa, 11Ob et les traverses 120a, 120b forment une structure de châssis en cadre 100 dont le milieu est occupé par une fente longitudinale 130. L'élément de ressort a une rigidité utile déterminée, dans la direction Y, c'est-à-dire dans la direction de la surface, et une souplesse dans la direction Z, c'est-à-dire dans une di- rection perpendiculaire à sa surface. Sous l'effet d'un cou- ple de flexion Mx représenté dans le dessin selon la règle de l'orientation de la main droite, par la double flèche, on a un fléchissement souple de l'élément de ressort dans la di- rection Z. La force Fy agissant dans la direction Y produit une flexion des branches longitudinales ou longerons 11Oa, 11Ob dans la direction Y ou dans la direction opposée. Par un choix approprié de la matière de préférence du matériau com- posite renforcé par des fibres, à structure isotrope ou qua- si-isotrope et par un choix approprié des longueurs et largeurs des branches des éléments de ressort lla, 11b, 11c, 11d, on adapte la course du ressort et la rigidité aux exi- gences respectives. La figure 4 montre un autre mode de réalisation d'un élément à ressort du système de l'invention. Comme dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, dans ce cas égale- ment, au milieu de l'élément à ressort 30, plat, on a un ca- dre plat 40 formé de deux branches longitudinales parallèles 41a, 41b dont les extrémités sont reliées par des branches transversales ou traverses 42a, 42b perpendiculaires. Les bords extérieurs des branches longitudinales 41a, 4lb compor- tent chaque fois une autre traverse 52a, 52b partant du mi- lieu de chaque branche longitudinale 41a, 41b vers l'extérieur. Les deux autres traverses 52a, 52b assurent la liaison avec les autres branches longitudinales 62a, 62b ex- térieures au cadre 40, parallèlement aux premières branches longitudinales 41a, 41b. Les branches longitudinales 41a, 41b du cadre plat 40 ont une largeur (h) et une longueur 11. Les autres branches longitudinales 62a, 62b ont une longueur 12. Par un choix approprié des paramètres géométriques h, 11, 12, et des paramètres de la matière on peut influencer la rigidi- té de ressorts et l'adapter de matière optimale aux oscilla- tions à réduire. Dans le mode de réalisation représenté ici, la longueur 11 du cadre 40 est inférieure à la longueur 11 de l'élément élastique 30. La figure 5 montre la première forme propre de flexion d'un hélicoptère, dans la direction latérale et à échelle agrandie. Les oscillations de la structure cellulaire dans la direction latérale pour certains hélicoptères se si- tue à environ à 6,0 Hz. La batterie de l'hélicoptère est lo- gée comme corps oscillant 23 du système à ressorts selon l'invention décrit ci-dessus, à un endroit o il y a des mou- vements significatifs de structure dans la direction laté- rale. La figure 6 montre une première forme propre de flexion de l'hélicoptère dans la direction verticale, avec un mouvement exagéré. Le système de ressorts selon l'invention comporte la batterie 2 comme corps oscillant 23. Les oscilla- tions de la structure cellulaire dans la direction verticale (direction Z) présentent dans le cas actuel une fréquence lé- gèrement inférieure à celle dans la direction latérale (direction Y). Dans le cas de l'hélicoptère représenté, la fréquence des oscillations dans la direction verticale est à 5,6 Hz alors que dans la direction latérale elle est à 6,0 Hz. L'emplacement du montage de l'amortisseur d'oscillations selon l'invention se trouve à un endroit o il y a des mouvements importants de structure à la fois dans la direction latérale et dans la direction verticale. Le dispo- sitif selon l'invention pour réduire les oscillations de la structure cellulaire de l'hélicoptère se trouve chaque fois5 dans les ventres des oscillations des premières formes pro- pres de flexion. Comme corps oscillant ou amortisseur d'oscillations, on utilise la batterie 2 de l'hélicoptère; cette batterie a une masse de l'ordre de 26 à 27 kg. Le dis- positif selon l'invention peut réaliser de manière construc-10 tive la batterie de l'hélicoptère de façon intéressante comme amortisseur d'oscillations dans la direction Y et dans la di- rection Z pour économiser de la place et du poids. Par un choix approprié des paramètres géométriques évoqués ci-dessus pour les éléments de ressort et les matières utilisées, on peut accorder la rigidité de ressort et la fréquence propre de façon optimale aux oscillations à réduire. Pour une adaptation à des fréquences facilement différentes dans la direction verticale et dans la direction latérale, la structure de ressorts, tubulaire selon un autre mode de réalisation est formée de deux paires de parois laté- rales chaque fois opposées; les éléments de ressort de la première paire ont une rigidité légèrement différente par rapport à celle des éléments de ressort de la seconde paire. Ainsi, une paire de parois latérales se compose des éléments de ressort représentés à la figure 3 et l'autre paire de pa- rois latérales est formée des éléments de ressort évoqués ci- dessus et représentés à la figure 4. La structure de ressorts de forme tubulaire et la masse élevée de la batterie permet de réaliser un amortisseur d'oscillations de torsion à batterie, peu encombrant, fixé solidairement dans l'espace et n'occasionnant qu'un poids supplémentaire réduit; cet amortisseur est facile à réali- ser. Il R E V E N D I CATIONS 1 ) Dispositif pour réduire les oscillations d'une structure, notamment dans un hélicoptère, caractérisé en ce qu' il comprend: - un système de ressorts (1) avec une paroi élastique formant un corps creux, - un corps oscillant (23) de masse M fixé dans le corps creux, - au moins une zone de la paroi déformable élastiquement en direction de sa surface et présentant une rigidité de res- sorts accordée à la fréquence des oscillations à réduire de la structure. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi élastique est formée de plusieurs éléments de res- sort plats (11a, 11b, 11c, 11d), ces éléments de ressort (11a, 11b, 11c, 11d) étant déformables élastiquement chacune dans la direction de la surface. 3 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps oscillant (23) comprend une batterie (2). 4 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce qu' il possède deux degrés de liberté pour réduire les oscilla- tions de la structure dans deux directions. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce qu' il comporte quatre éléments de ressort (11a, 11b, 11c, 11d) et chaque fois deux éléments de ressort (lia, 11b, 11c, 11d) sont opposés par paires, et la rigidité de ressort des élé- ments de ressort (11la, 11c) d'une paire est différente de la rigidité de ressort des éléments de ressort (11b, 11d) de l'autre paire. 6 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la masse M du corps oscillant (23) est de l'ordre de 10 à kg de préférence d'environ 20 à 30 kg et notamment de 26 à 27 kg. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le système de ressorts (1) est relié au corps oscillant (23) par huit liaisons (4) et par quatre autres liaisons (5) avec la structure. 8 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la matière et/ou la longueur des éléments de ressort (11a, 11b, 11c, 11d) sont choisis pour que la rigidité et la course de ressort soient adaptées à la fréquence de l'oscillation à réduire. 9 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la paroi du système de ressorts (1) est fabriquée en un maté- riau composite à base de fibres à structure isotrope ou qua- si-isotrope. * ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléments de ressort (11a, llb; 11c, lld) ont chaque fois un cadre plat, rectangulaire avec une paire de premières branches longitudinales (11Oa, 110b) et une paire de premiè- res branches transversales (traverses) (120a, 120b), et au moins l'une des branches longitudinales (11Oa, llOb) est re- liée en son milieu à une seconde traverse (121a, 121b) diri- gée vers l'extérieur. 11 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments de ressort (11a, 11b, 11c, lld) ont chaque fois une seconde branche longitudinale (111a, 11b) parallèle à une première branche longitudinale (11Oa, 11Ob) et la première et la seconde branche longitudinale sont reliées chaque fois en leur centre par les secondes traverses (121a, 12lb). 12 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications et 11, caractérisé en ce que les éléments de ressort plats (lia, 11b, 11c, 11d) ont une limite extérieure rectangulaire, les éléments de ressort (11a, 11b, 11c, lld) étant reliés au niveau des premières traverses (120a, 120b) au corps oscillant (23) et la liaison des éléments de ressort (11a, 11b, 11c, 11d) à la structure se fait chaque fois au niveau des quatre coins extérieurs des éléments de ressort (lia, 11b, 11c, 11d). 13 ) Procédé de réduction des oscillations d'une structure notamment des oscillations T, S d'un hélicoptère, caractérisé en ce qu' on utilise une batterie comme amortisseur d'oscillations. 14 ) Procédé de réduction des oscillations selon la revendi- cation 13, caractérisé en ce que la batterie est logée dans un système de ressorts formant un corps creux et le système de ressorts est monté avec la bat- terie en un endroit de la structure ou une première forme propre de flexion de la structure présente essentiellement un vendre d'oscillation. ) Procédé de réduction des oscillations d'une structure notamment selon la revendication 13 ou 14, caractérisé par les étapes suivantes: - on loge un corps oscillant de masse M dans un système de ressorts à deux degrés de liberté, le système de ressorts étant formé d'éléments de ressort plats déformables élasti- quement dans une direction de leur surface, - on fixe le système de ressorts dans une structure notamment à un hélicoptère à l'endroit o les mouvements significa- tifs de la structure se font dans deux directions essen- tiellement perpendiculaires, - le système de ressorts est aligné pour que la rigidité des éléments de ressort agisse dans les deux directions des mouvements de la structure. 16 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le système de ressorts est fixé dans un hélicoptère à l'endroit o les formes propres de flexion dans la direction latérale et dans la direction verticale présentent des ven- tres d'oscillations. 17 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce qu' on réduit les oscillations d'une fréquence de 3 à 10 Hz de préférence de 5 à 7 Hz et notamment de 5, 6 Hz et/ou 6,0 Hz.