Brevet FR2773774A1 — publié le 19990723

L'invention se rapporte à un hélicoptère comportant un système rotor monté sur un fuselage, présentant des pales de rotor et au moins un arbre de rotor, et comportant un système d'entraînement mettant en rotation. le système rotor. Dans des hélicoptères connus, on peut modifier la direction de vol en faisant varier l'angle des pales du rotor. Ainsi, en particulier dans le cas des hélicoptères coaxiaux comportant deux rotors tournant en sens opposés, on utilise une variation collective et cyclique de l'angle des pales, afin de déplacer l'hélicoptère en direction verticale ou dans d'autres directions. Alors que dans le cas de la variation collective de l'angle des pales, qui provoque le vol vertical, l'angle de positionnement des pales de rotor est modifié en commun, la variation cyclique de l'angle des pales a pour effet que l'angle de positionnement d'une pale individuelle se modifie dans une certaine position de rotation. La variation cyclique de l'angle des pales, qui provoque le vol vers l'avant ou une variation de la direction vers le côté, est habituellement commandée au moyen d'un plateau oscillant agencé dans la zone d'un arbre de rotor. L'inconvénient de ces hélicoptères connus est que la commande cyclique des pales au moyen des plateaux oscillants exige une complexité structurelle élevée, ce qui mène en correspondance à une augmentation des coûts de fabrication et du poids. De plus, le système à plateau oscillant est soumis à une usure élevée, ce qui exige le remplacement de pièces coûteuses à de courts intervalles. La modification cyclique de l'angle des pales exige en outre l'application d'une force supplémentaire, ce qui détériore le rendement du système d'entraînement. L'objectif sous-jacent à l'invention est par conséquent de réaliser un hélicoptère du type mentionné en introduction, que l'on peut commander avec un système de commande plus simple, plus économique et exigeant moins d'entretien, et qui présente en outre un rendement plus élevé. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par le fait que le système rotor est en translation conjointement avec le système d'entraînement en direction longitudinale du fuselage et en pivotement autour d'un axe de pivotement s'étendant le long du fuselage. Des modes de réalisation avantageux de l'invention ressortent de la description qui suit. Dans l'hélicoptère conforme à l'invention, le système rotor est en translation conjointement avec le système d'entraînement en direction longitudinale du fuselage et en pivotement autour d'un axe de pivotement s'étendant le long du fuselage. Grâce à la translation longitudinale du système de rotor et d'entraînement par rapport au fuselage, le centre de gravité de l'hélicoptère est modifié de telle façon que l'hélicoptère s'incline autour de son axe transversal vers l'avant ou vers l'arrière, suite à quoi on peut accélérer ou décélérer le vol vers l'avant. Par contre, le pivotement autour de l'axe de pivotement s'étendant le long du fuselage provoque une inclinaison de l'hélicoptère vers la gauche ou vers la droite, grâce à quoi on peut décrire des virages correspondants. L'hélicoptère conforme à l'invention offre l'avantage que l'on peut entièrement omettre la commande cyclique des pales, c'est-à-dire le plateau oscillant et ses éléments de pilotage, grâce à quoi on simplifie considérablement l'ensemble de la structure. Il en résulte de faibles coûts de fabrication, moins d'usure, des intervalles d'entretien considérablement plus longs et ainsi des coûts d'entretien réduits. De plus, l'application de forces pour la variation cyclique de l'angle des pales n'est plus nécessaire, grâce à quoi on améliore également le rendement de l'ensemble du système. Un autre avantage consiste à permettre également un meilleur décollage ou atterrissage latéral en pente grâce à la possibilité d'incliner le système rotor autour de l'axe longitudinal de l'hélicoptère. La commande du centre de gravité conforme à l'invention de l'hélicoptère mène en outre à une réduction nette du poids et à une rotation du rotor avec moins de vibrations. De plus, lors de la défaillance du moteur, le vol plané sans moteur avec course à vide (auto-rotation) se fait de manière beaucoup plus simple, et grâce à une inclinaison correspondante des pales de rotor peu avant l'atterrissage, un atterrissage relativement doux est possible même sans entraînement moteur. De plus, l'hélicoptère répond très vite et directement à des modifications correspondantes du centre de gravité, grâce à quoi une commande très précise et simple de l'hélicoptère est possible. Contrairement à des hélicoptères connus, la réponse à des ordres de commande correspondants avec une charge élevée, c'est-à-dire une masse plus élevée du fuselage, est améliorée et non pas réduite. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu, pour la translation longitudinale et pour le pivotement du système rotor et du système d'entraînement, une suspension à semi-cardan qui comprend au moins un axe de support central monté sur le fuselage. L'axe de support central forme ici simultanément aussi bien l'axe longitudinal sur lequel le système rotor et le cas échéant également le système d'entraînement sont montés en translation longitudinale, que l'axe de pivotement autour duquel le système rotor et le cas échéant également le système d'entraînement peuvent être basculés latéralement. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la variation de l'angle des pales de rotor s'effectue par déplacement d'au moins une douille coulissante qui est montée solidairement en rotation mais en translation longitudinale sur l'arbre de rotor et qui est en liaison d'action avec des pales de rotor associées. Judicieusement, une telle douille coulissante est en translation longitudinale au moyen d'une tringlerie qui est fixée en direction de translation sur la douille coulissante mais montée en rotation par rapport à celle-ci, et qui est en translation au moyen d'un mécanisme à levier en direction longitudinale de l'arbre rotor. L'invention sera expliquée plus en détail dans ce qui suit à titre d'exemple en se rapportant aux dessins. Les figures montrent: figure 1 une vue latérale schématique d'un premier mode de réalisation de l'hélicoptère conforme à l'invention; figure 2 une vue de devant schématique de l'hélicoptère de la figure 1; figure 3 une vue latérale schématique d'un second mode de réalisation d'un hélicoptère conforme à l'invention; figure 4 une vue de devant schématique de l'hélicoptère selon la fig. 3 figure 5 une coupe longitudinale schématique à travers le système rotor de l'hélicoptère des figures 1 et 2, dans la zone des arbres de rotor; et figure 6 une coupe longitudinale schématique à travers le système rotor de l'hélicoptère des figures 3 et 4, dans la zone des arbres de rotor. Les figures 1 et 2 montrent un hélicoptère 1 du type dit "hélicoptère coaxial", comportant un fuselage 2, un système rotor 3, et un système d'entraînement 4 mettant en rotation le système rotor 3. Le système rotor 3 comprend un arbre de rotor extérieur creux court 5 qui est mis en rotation par le système d'entraînement 4 et qui entraîne des pales de rotor inférieures 6 illustrées seulement schématiquement. A l'intérieur de l'arbre de rotor extérieur 5, un arbre de rotor intérieur 5' s'étend coaxialement en dépassant vers le haut au-delà de l'arbre de rotor extérieur 5, et il est mis en rotation par le système d'entraînement 4 en sens opposé à l'arbre de rotor extérieur 5 et il entraîne des pales de rotor supérieures 6' en sens opposé aux pales de rotor 6. Le système d'entraînement 4 peut être constitué par exemple par une turbine habituelle ou bien par un moteur à pistons comportant une transmission correspondante, qui est en liaison avec les arbres de rotor , 5'. Dans la zone du pied de l'arbre d'entraînement extérieur ou intérieur 5, ', le système d'entraînement 4 comprend un tronçon de boîtier 7 dépassant vers le haut, depuis lequel un axe de support central 8a s'étend en direction longitudinale du fuselage 2 vers l'avant, et depuis lequel un autre axe de support central 8b s'étend en direction longitudinale du fuselage 2 vers l'arrière. Les axes de support 8a, 8b sont en alignement l'un avec l'autre et ils sont montés en translation longitudinale et en rotation autour de leur axe propre dans des blocs- paliers 9a, 9b qui se trouvent des deux côtés du tronçon de boîtier 7 et qui sont fixés dans la partie supérieure du fuselage 2 sur celui-ci dans son plan de symétrie longitudinal. En fonctionnement de vol, l'ensemble du fuselage 2 est donc suspendu via les blocs-paliers 9a, 9b sur les deux axes de support 8a, 8b qui sont fermement reliés au tronçon de boîtier 7 du système d'entraînement 4. Étant donné que les axes de support 8a, 8b ne se touchent pas par leurs extrémités orientées l'une vers l'autre, mais qu'ils s'étendent en éloignement de la périphérie extérieure du tronçon de boîtier 7, on dispose de suffisamment de place pour recevoir les extrémités inférieures de l'arbre de rotor extérieur ou intérieur 5, 5' ou pour recevoir des éléments d'entraînement ou de maintien correspondants pour les arbres de rotor 5, 5'. Comme le montre la figure 1 par la flèche double 10, on peut déplacer l'ensemble du système 3 et le système d'entraînement 4 en direction longitudinale du fuselage 2 grâce au montage en translation longitudinale des axes de supports 8a, 8b dans les blocs-paliers 9a, 9b. Le mécanisme de déplacement qui est réalisé par exemple par voie hydraulique ou mécanique, par exemple au moyen d'un mécanisme à crémaillère, n'est pas illustré plus en détail. La figure 1 illustre une position moyenne. On peut déplacer le système rotor ou le système d'entraînement 4 aussi loin vers l'avant jusqu'à ce que le tronçon de boîtier 7 bute contre le bloc-palier avant 9a. En correspondance, on peut déplacer le système rotor 3 et le système d'entraînement 4 vers l'arrière, jusqu'à ce que le tronçon de boîtier 7 bute contre le bloc- palier arrière 9b. Dans ce cas, le système d'entraînement 4 peut s'étendre à travers une ouverture de fuselage correspondante vers l'arrière à travers le fuselage. Grâce à une telle translation longitudinale, le centre de gravité de l'hélicoptère 1 se modifie en correspondance. Lorsque le système rotor 3 et le système d'entraînement 4 sont déplacés vers l'avant en direction du bloc-palier avant 9a, le nez de l'hélicoptère 1 tourne légèrement vers le haut et sa partie arrière tourne légèrement vers le bas, c'est-à-dire qu'il se produit une inclinaison correspondante dans le sens des aiguilles d'une montre dans la figure 1. Ceci provoque une inclinaison correspondante des arbres de rotor 5, 5' et ainsi de toutes les pales de rotor 6, 6', grâce à quoi la vitesse de vol en direction vers l'avant est réduite. Inversement, le nez de l'hélicoptère 1 s'incline vers le bas lorsque le système rotor 3 et le système d'entraînement 4 sont déplacés vers l'arrière en direction du bloc-palier arrière 9b, ce qui provoque une augmentation correspondante de la vitesse de vol en direction vers l'avant. Comme le montre schématiquement la figure 2, les axes de support 8a, 8b sont montés non seulement en translation longitudinale, mais également en rotation autour de leur axe longitudinal propre à l'intérieur des blocs-paliers 9a, 9b. Grâce à ceci, il est possible de faire pivoter le système rotor 3 et le système d'entraînement 4 en supplément autour de l'axe longitudinal des axes de support 8a, 8b vers les deux côtés, de l'angle ca par rapport au fuselage 2. Ce pivotement autour de l'axe longitudinal provoque un vol en virage correspondant de l'hélicoptère 1 vers la gauche ou vers la droite. En variante par rapport aux deux axes de support 8a, 8b qui sont illustrés dans la figure 1 et qui se déplacent avec le système d'entraînement 4, il est également possible sans aucun problème de prévoir un seul axe de support continu qui est monté en translation longitudinale et en pivotement dans les blocs-paliers 9a, 9b. De plus, il est également possible de fixer un tel axe de support de façon stationnaire sur le fuselage 2 et de monter le tronçon de boîtier 7 du système d'entraînement 4 en translation longitudinale et en pivotement sur l'axe de support central. Les figures 3 et 4 montrent un autre exemple de réalisation de l'invention. Dans cet exemple de réalisation, les deux arbres de rotor 5, ' ne sont pas coaxiaux l'un à l'autre, mais ils sont agencés en oblique l'un par rapport à l'autre sous un angle déterminé (figure 4). Les pales de rotor 6, 6' illustrées seulement schématiquement "engrènent" ainsi en quelque sorte les unes avec les autres. La mobilité en translation longitudinale et en pivotement du système rotor 3 et du système d'entraînement 4 par rapport au fuselage 2 ainsi que la fixation sur le fuselage 2 se font de la même manière que dans l'exemple de réalisation selon les figures 1 et 2. Le système de suspension montré dans les figures 1 à 4 peut être désigné comme "suspension à semi-cardan". En se rapportant à la figure 5, on montrera maintenant des composants essentiels pour la variation de l'angle des pales de l'exemple de réalisation selon les figures 1 et 2. Une variante collective de l'angle des pales provoque ici une commande du vol vertical, tandis qu'une variation de l'angle des pales dans le sens opposé provoque une commande de l'hélicoptère 1 autour de son axe vertical. Comme le montre la figure 5, l'arbre de rotor extérieur 5 est entouré par une douille coulissante inférieure 10 et par une douille coulissante supérieure 11 qui sont agencées toutes les deux en translation longitudinale, mais solidairement en rotation par rapport à l'arbre de rotor extérieur 5. Le blocage antirotation par rapport à l'arbre de rotor 5 est assuré par un dispositif entraîneur 38 sous forme d'une languette longitudinale d'arbre de rotor qui s'engage dans une rainure longitudinale correspondante dans les douilles coulissantes 10, 11. Ainsi, on peut déplacer les deux douilles coulissantes 10, 1 1 en direction longitudinale de l'arbre de rotor 5 et elles tournent avec celui- ci. Les deux douilles coulissantes 10, 1 1 sont utilisées pour la variation de l'angle des pales de rotor supérieures 6' qui sont fixées sur l'arbre de rotor intérieur 5'. La douille coulissante inférieure 10 est accouplée à la douille coulissante supérieure 11 via des tiges de poussée 12, de sorte qu'une translation longitudinale de la douille inférieure 10 a pour conséquence une translation longitudinale correspondante de la douille coulissante supérieure 11. La translation de la douille coulissante inférieure 10 s'effectue au moyen d'un mécanisme à levier 13 qui comprend un premier levier pivotant 14 et un second levier pivotant 15, dans l'exemple de réalisation illustré dans la figure 5. Le premier levier pivotant 14 est monté en pivotement dans la zone entre ses deux extrémités sur un palier de montage 16 à une extrémité libre du second levier pivotant 15. Le second levier pivotant 15 est monté en pivotement dans la zone entre ses deux extrémités libres sur un palier de montage 17. Une tige de poussée 19 est articulée dans la zone entre le palier de montage 16 et l'extrémité 18 (à gauche dans la figure 5) du premier levier pivotant 14, et elle est fixée par son autre extrémité sur un anneau coulissant 20 qui est monté au moyen d'un palier à roulements 21 sur la douille coulissante 10. Le palier à roulements 21 est réalisé tel que des forces axiales peuvent être transmises depuis l'anneau coulissant 20 à la douille coulissante 10. Pendant le vol, la douille coulissante 10 est en rotation conjointement avec l'arbre de rotor extérieur 5, tandis que la douille coulissante 20 et la tige de poussée 19 ne sont pas en rotation. Lorsque le premier levier pivotant 14 et/ou le second levier pivotant 15 est pivoté, comme ceci est montré par les flèches 22 ou 23, la douille coulissante inférieure 10 est déplacée axialement sur l'arbre de rotor extérieur 5 par l'intermédiaire de la tige de poussée 19, de la douille coulissante 20 et du palier à roulements 21. Ceci provoque par l'intermédiaire des tiges de poussée 12 une translation correspondante de la douille coulissante supérieure 11. Un anneau coulissant 25 est monté sur la douille coulissante supérieure 11 au moyen d'un palier à roulements 24, de la même manière que l'anneau coulissant 20. Une tige de poussée 26 est fixée sur l'anneau coulissant 25, laquelle transmet la translation de l'anneau coulissant 25 au moyen d'un élément de transmission 27 directement sur les pales de rotor supérieures 6', de telle sorte que leur angle de positionnement par rapport à l'horizontale se modifie en correspondance. L'axe de pivotement des pales de rotor 6' est désigné ici par le chiffre de référence 28. La rotation de l'arbre de rotor intérieur 5' est transmise via un moyeu entraîneur 39 relié solidairement en rotation à celui-ci et via une articulation d'entraînement 40 à l'anneau coulissant extérieur 25. On voit de l'agencement décrit que l'anneau coulissant 25, la tige de poussée 26 et l'élément de transmission 27 tournent avec l'arbre de rotor intérieur 5' ou les pales de rotor supérieures 6' et ainsi en sens opposé à l'arbre de rotor extérieur 5 et à la douille coulissante supérieure 11. Pour la variation de l'angle des pales de rotor inférieures 6, on a prévu une douille coulissante 29 qui est montée en translation axiale sur la douille coulissante inférieure 10, mais reliée solidairement en rotation à l'arbre de rotor extérieur 5, tout comme cette dernière. Dans ce cas, le blocage antirotation se fait via un entraîneur 30 en forme de tenon qui est fixé sur l'arbre de rotor extérieur 5 et qui pénètre à travers une fente longitudinale correspondante dans la douille coulissante inférieure 10 et à travers une fente longitudinale dans la douille coulissante 29 jusque dans celle- ci. La translation longitudinale de la douille coulissante 29 est provoquée à son tour par un anneau coulissant extérieur 21 qui est monté via un palier à roulements 32 sur la douille coulissante 29. Le fonctionnement et le type de montage de l'anneau coulissant 31 correspondent ainsi à ceux de l'anneau coulissant 20. Une tige de poussée 33 est fixée sur la douille coulissante 29, et elle transmet la translation axiale de la douille coulissante 29 à un élément de transmission 34 qui est en liaison d'action avec la pale de rotor inférieure 6 et qui provoque un pivotement correspondant autour de l'axe de pivotement 35. La translation axiale de l'anneau coulissant 31 et ainsi de la douille coulissante 29 s'effectue via une tige de poussée 36 fixée sur l'anneau coulissant 31 et articulée à l'extrémité libre 37 du premier levier pivotant 14. Grâce à l'agencement différentiel, lors d'un pivotement du premier levier pivotant 14 autour du palier de montage 16, une variation en sens opposé de l'angle des pales de rotor inférieures 6 par rapport aux pales de rotor supérieures 6' a lieu, car les douilles coulissantes 10, 11 sont déplacées dans la direction opposée à celle de la douille coulissante 29. Une telle variation en sens opposé de l'angle des pales provoque la commande autour de l'axe vertical de l'hélicoptère 1. Par contre, un pivotement du second levier pivotant 15 provoque une variation collective de l'angle des pales, c'est-à-dire que les pales de rotor 6 et 6' sont pivotées dans la même direction. Ceci provoque une commande verticale correspondante de l'hélicoptère 1. Dans ce qui suit, on montrera à l'aide de la figure 6 la variation de l'angle des pales dans un hélicoptère selon le second mode de réalisation montré dans les figures 3 et 4. Dans ce mode de réalisation, chacun des deux arbres de rotor 5, 5' inclinés en oblique l'un par rapport à l'autre est entouré par une douille coulissante 10, 10' qui est agencée en translation longitudinale sur les arbres de rotor 5, 5', mais qui est reliée à ceux-ci via un dispositif entraîneur 38, 38' réalisé à la manière d'une liaison à languette et rainure. Dans la zone inférieure de la douille coulissante 10, 10', on a monté des anneaux coulissants 20, 20' sur des paliers à roulement 21, 21', de la même manière que pour la douille coulissante 10 de la figure 5, que l'on peut déplacer par l'intermédiaire des tiges de poussée 19, 19' en direction longitudinale des arbres de rotor 5, 5' et qui entraînent en correspondance les douilles coulissantes 10, 10'. A l'extrémité supérieure des douilles coulissantes 10, 10', on a également fixé des tiges de poussée 26, 26' qui, lors d'un déplacement axial, font pivoter des pales de rotor 6, 6' via des éléments de transmission correspondants 27, 27' autour de leurs axes de pivotement 28, 28'. Le déplacement des douilles coulissantes 10, 10' de la figure 6 s'effectue via un levier pivotant commun 14, la tige de poussée 19 étant articulée à une extrémité du levier pivotant 14, et la tige de poussée 19' étant articulée à l'autre extrémité. Lorsque l'ensemble du levier pivotant 14 est déplacé vers le bas ou vers le haut, ce qui est illustré par la flèche 23, autant la douille coulissante 10 que la douille coulissante 10' sont déplacées dans le même sens vers le bas ou vers le haut, de sorte qu'une variation collective de l'angle des pales a lieu. Lorsque le levier pivotant 14 est cependant pivoté autour de l'emplacement de montage 16, c'est une variation en sens opposé de l'angle des pales qui a lieu, car les douilles coulissantes 10, 10' sont déplacées dans des directions opposées. Ceci est illustré par la flèche 22. On notera que les figures 5 et 6 illustrent schématiquement uniquement des tiges de poussée 26, 33 et des éléments de transmission 27, 34 pour une seule pale de rotor 6, 6' respective. Chaque pale de rotor individuelle 6, 6' associée à un arbre de rotor déterminé 5, 5' dispose cependant de tiges de poussées 26, 33 ou d'éléments de transmission 27, 34 correspondants, de sorte que toutes les pales 6, 6' d'un arbre de rotor déterminé 5, 5' peuvent être pivotées de la même manière. Revendications 1. Hélicoptère comportant un système rotor (3) monté sur un fuselage (2), présentant des pales de rotor (6, 6') et au moins un arbre de rotor (5, 5'), et comportant un système d'entraînement (4) mettant en rotation le système rotor (3), caractérisé en ce que le système rotor (3) est en translation conjointement avec le système d'entraînement (4) en direction longitudinale du fuselage (2) et en pivotement autour d'un axe de pivotement s'étendant le long du fuselage (2). 2. Hélicoptère selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu, pour la translation longitudinale et pour le pivotement du système rotor (3) et du système d'entraînement (4), une suspension à semi-cardan qui comprend au moins un axe de support central (8a, 8b) monté sur le fuselage (2). 3. Hélicoptère selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système rotor (3) et le système d'entraînement (4) sont fermement reliés à l'axe de support central (8a, 8b), et en ce que celui-ci est monté en translation longitudinale et en rotation sur le fuselage (2). 4. Hélicoptère selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe de support central (8a, 8b) est fixé sur le fuselage (2), et en ce que le système rotor (3) et le système d'entraînement (4) sont montés en translation et en pivotement sur l'axe de support (8a, 8b). 5. Hélicoptère selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variation de l'angle des pales de rotor (6, 6') s'effectue par déplacement d'au moins une douille coulissante (10, 10', 1, 29) qui est montée solidairement en rotation mais en translation longitudinale sur l'arbre de rotor (5, 5') et qui est en liaison d'action avec des pales de rotor associées (6, 6'). 6. Hélicoptère selon la revendication 5, caractérisé en ce que la douille coulissante (10, 10', 11, 29) est en translation longitudinale au moyen d'un dispositif de coulissement qui est monté en rotation sur la douille coulissante (10, 10', 11, 29) et qui est en translation par un mécanisme à levier en direction longitudinale de l'arbre de rotor (5, 5').