Brevet FR2872784A1 — publié le 20060113

Système de suspension d'un moteur d'aéronef à voilure tournante La présente invention est relative à un système de suspension d'un moteur d'aéronef à voilure tournante. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication de dispositifs de suspension de moteurs d'hélicoptère. La présente invention s'applique plus particulièrement à un dispositif de fixation d'un moteur de propulsion sur la cellule d'un hélicoptère. Cette fixation est généralement assurée par des barres ou jambes fixées au moteur et reposant sur la cellule, par des barres fixées au moteur ainsi qu'à la cellule, et/ou par une liaison mécanique avec une boite principale de transmission mécanique avec laquelle le moteur est accouplé. L'ossature (ou cellule) d'un hélicoptère présente des modes propres de déformation; chaque mode propre peut être excité lorsque la fréquence propre correspondant à un mode propre est suffisamment proche d'une fréquence d'excitation; il en résulte alors des déformations de grande amplitude et des efforts importants qui peuvent endommager l'appareil. Parmi les phénomènes vibratoires susceptibles d'exciter ces modes propres, figurent les harmoniques de la fréquence de rotation du rotor de sustentation et d'avance de l'hélicoptère, en particulier l'harmonique correspondant au nombre de pales de ce rotor. L'invention a pour objet de proposer un système de fixation du moteur à la cellule d'un aéronef à voilure tournante, qui permette de 25 diminuer les vibrations provoquées par la rotation du rotor. L'invention a également pour objet de proposer un dispositif de suspension du moteur d'aéronef à voilure tournante qui remédie, en partie au moins, aux inconvénients des dispositifs connus. 2872784 2 Un objectif de l'invention est de proposer un tel dispositif de fixation qui absorbe une quantité importante d'énergie en cas de choc. Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de fixation d'un moteur â une cellule d'aéronef â voilure tournante dont une partie (ou structure) intermédiaire s'étendant entre deux zones d'attache (pour la liaison du dispositif au moteur d'une part et â la cellule d'autre part) présente une raideur suffisamment faible pour lui permettre, en conditions normales de fonctionnement (en vol), de se déformer sensiblement élastiquement et de limiter ainsi le niveau vibratoire â bord de l'aéronef. Selon un mode préféré de réalisation, cette structure élastiquement déformable comporte une ou plusieurs lames métalliques. De préférence encore, la structure élastiquement déformable est en forme de U ou diapason, en particulier en forme de deux U identiques se faisant face et formant un anneau; cette structure est normalement sollicitée en compression, ce qui correspond â un pincement des branches du U et/ou de l'anneau, selon l'axe longitudinal du dispositif ou béquille de fixation du moteur; l'axe longitudinal de la structure en U (ou anneau) est transversal, c'est-à-dire sensiblement orthogonal â l'axe longitudinal du dispositif de suspension. On obtient aussi un dispositif de suspension efficace, compact, fiable et résistant aux températures élevées. Selon un mode encore préféré de réalisation, le dispositif de fixation et/ou la béquille support de moteur comporte une articulation ou pivot â chacune de ses deux extrémités longitudinales; de préférence encore, chacune de ces articulations présente deux degrés de liberté en rotation, notamment lorsqu'il s'agit d'une rotule. Ceci permet de ne solliciter la béquille qu'en traction et en compression selon son axe longitudinal reliant les deux articulations. 2872784 3 Ce type de structure peut être utilisée comme une bielle lors de la solidarisation et/ou la désolidarisation du moteur et de la cellule de l'hélicoptère; de préférence, â cet effet, la béquille pivotante ou bielle est fixée au moteur par sa rotule supérieure, dans un plan vertical contenant le centre de gravité du moteur, ou â proximité immédiate de ce plan; la béquille ou bielle support est en outre fixée â la cellule par sa rotule inférieure, en un point tel que son axe longitudinal puisse prendre deux positions faiblement inclinées et disposées de part et d'autre de ce plan vertical; ceci facilite le basculement des bielles d'une position â l'autre, ce basculement étant corrélatif â un rapprochement du moteur et d'une boite de transmission principale, ou inversement â un éloignement relatif du moteur et de la boîte de transmission. Par ajout d'un rail de guidage selon l'axe de rotation du moteur et grâce â la compressibilité de la béquille, lors de ce basculement, le moteur peut suivre une trajectoire rectiligne de translation suivant ledit axe de rotation du moteur, plutôt qu'une trajectoire circulaire autour de la rotule de liaison inférieure; l'accouplement du moteur â la boite de transmission ainsi qu'à l'inverse, leur désaccouplement, sont ainsi facilités, en évitant de solliciter en flexion les liaisons entre moteur et boîte de transmission. La raideur de la structure élastiquement déformable est choisie de façon â ce que le moteur soit découplé de la cellule à la fréquence gênante, et que les modes propres de suspension ne répondent pas aux sources d'excitation vibratoires qui sont présentes à bord de l'aéronef. Selon un mode préféré de réalisation, chacune de ces béquilles ou bielles présente une raideur inférieure ou égale â 1500 Newton/millimètre, en particulier située dans une plage allant de 500 à 1000 N/mm, par exemple voisine de 700 ou 800 N/mm. De préférence également, les axes des rotules sont sensiblement orthogonaux à l'axe longitudinal du dispositif qu'ils croisent et sont sensiblement orthogonaux à l'axe transversal le long duquel s'étendent les lames de la structure élastiquement déformable. 2872784 4 Il a été observé qu'en suspendant un moteur de propulsion de masse voisine de 260 kg par un dispositif comportant deux telles bielles de fixation élastiques dont les caractéristiques sont adaptées â la raideur d'encastrement de la structure de l'hélicoptère, on réduit l'excitation des modes propres de la structure de l'hélicoptère aux fréquences voisines de la fréquence de passage des pales du rotor, et on améliore le confort des passagers. Selon une autre caractéristique préférentielle, le dispositif ou bielle de suspension comporte deux parties rigides (sensiblement indéformables) d'extrémité reliées par la structure élastiquement déformable, et comporte en outre un moyen de guidage mutuel des deux parties rigides en déplacement relatif selon un mouvement de translation selon l'axe longitudinal du dispositif. Ces moyens de guidage peuvent notamment se présenter sous la forme d'un arbre ou pion cylindrique s'étendant selon l'axe longitudinal de la bielle et fixé â une première partie de celle-ci, et d'un orifice ou alésage percé dans une deuxième partie de celle-ci et recevant une portion de l'arbre ou pion. Lors d'une déformation par compression ou extension longitudinale de la bielle, et en l'absence de toute sollicitation transversale, les deux parties d'extrémité de celleci, qui sont séparées par les lames métalliques formant la structure déformable, restent alignées selon l'axe longitudinal en raison de la symétrie de la pièce par rapport audit axe longitudinal; dans ce cas, le guidage n'est ni nécessaire ni souhaitable pour éviter tout risque d'usure du dispositif de guidage. A cet effet, un jeu est aménagé entre le pion ou arbre et l'orifice ou alésage dans lequel il coulisse. Sous l'effet d'une sollicitation transversale parasite, ce jeu est rattrapé et le coulissement du pion dans son alésage assure le guidage des deux parties d'extrémité de la bielle selon un axe sensiblement longitudinal. Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif ou bielle comporte en outre au moins une butée en compression limitant son raccourcissement par compression de la structure élastiquement déformable, et/ou au moins 2872784 5 une butée en extension limitant son allongement par extension de la structure élastiquement déformable. Selon un mode de réalisation encore préféré, le dispositif ou bielle comporte deux butées en extension limitant l'allongement de la structure déformable â deux valeurs distinctes, ainsi qu'une structure fusible présentant une zone de moindre résistance et conçue pour se déformer ou rompre en libérant un moyen (tel que ledit arbre ou pion) d'activation de la seconde butée en extension: ce moyen neutralise la première butée correspondant â la plus petite valeur des deux valeurs d'allongement, au profit de la seconde butée correspondant â la plus grande valeur des deux valeurs d'allongement. Ces moyens permettent d'utiliser une déformation plastique d'une partie au moins du dispositif de suspension, en particulier la structure déformable ainsi que la structure fusible, pour absorber une partie de l'énergie en cas de choc du, par exemple, â un atterrissage très brutal ou crash de l'appareil. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de suspension d'un moteur d'entraînement d'un rotor â la cellule d'un aéronef â voilure tournante, qui comporte au moins deux dispositifs de suspension tels que définis précédemment, et une liaison articulée avec une boîte de transmission (BTP) entraînée par le moteur, en particulier une liaison â cardan. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante, qui se réfère aux dessins annexés et qui illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention. Sauf indication contraire, des repères identiques sont utilisés pour désigner des organes ou éléments identiques ou similaires, d'une figure â une autre. 2872784 6 Les figures 1 â 3 illustrent un mode préféré de réalisation d'un dispositif de suspension de moteur en forme de béquille ou bielle; la figure 1 est une vue en plan du dispositif; la figure 2 est une vue en coupe selon un plan contenant l'axe longitudinal de la bielle, et est une vue selon A-A de la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective du dispositif des figures 1 et 2. Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement, en vue latérale, un moteur d'hélicoptère équipé d'un système de suspension selon l'invention, dans deux configurations distinctes: une configuration d'accouplement du moteur â une boite de transmission mécanique principale est illustrée figure 4, tandis que la figure 5 illustre les mêmes éléments désaccouplés, le moteur étant éloigné de la boite de transmission par suite du basculement des deux bielles faisant partie de son système de supportage. La figure 6 illustre les liaisons mécaniques par boulons entre les rotules équipant une bielle et deux chapes respectivement solidaire d'un moteur et d'une cellule d'hélicoptère recevant le moteur. Les bielles de suspension illustrées figures 4 â 6 sont identiques â celles illustrées figures 1 â 3. Par référence aux figures 1 â 3, la bielle 10 de suspension présente 20 un corps 11 métallique (réalisé en titane) qui s'étend selon un axe longitudinal 12, et qui est essentiellement constitué par: - une première portion d'extrémité 13, de forme annulaire, encerclant le palier 14 ou armature externe d'une première rotule 15 sphérique dont l'armature interne est repérée 16; - une seconde portion d'extrémité 17 sensiblement identique â la première portion 13 et équipée de la même manière d'une seconde rotule 18 sphérique; une portion médiane s'étendant entre les deux portions d'extrémité ; cette portion comporte une structure 20 élastiquement 2872784 7 déformable s'étendant selon un axe 19 orthogonal à l'axe 12, ainsi que des moyens de limitation de l'amplitude de déformation de la structure 10, 20 et des moyens d'absorption d'énergie en cas de choc important. Par référence aux figures 4 à 6 notamment, le moteur 21 présente un arbre de sortie s'étendant selon un axe 22, et présente un centre de gravité 23. Le moteur est solidaire d'une boîte 24 de transmission à laquelle le moteur est accouplé par ledit arbre de sortie, par l'intermédiaire d'une liaison 25 en forme de tube; cette liaison est montée articulée par rapport à la boîte 24, par l'intermédiaire de cardans 27 équipant la liaison 25; cette liaison s'étend autour de l'arbre de transmission de la puissance du moteur à la boîte. La liaison à cardan permet de faibles désalignements de la transmission de puissance entre le moteur et la BTP; la liaison tubulaire 25 ou trompette transmet le couple résistant au stator du moteur. Mis à part cette liaison articulée, le moteur est solidaire de la cellule par l'intermédiaire de deux bielles 10 s'étendant (figures 4 et 5) dans des plans faiblement inclinés par rapport au plan 30 vertical orthogonal à l'axe 22 et contenant le centre de gravité 23: dans la position de fonctionnement normal illustrée figure 4, les deux bielles 10 s'étendent à gauche du plan 30, tandis que dans la position de désaccouplement illustrée figure 5, les deux bielles 10 s'étendent à droite de ce plan. Pour la pose ou la dépose du moteur, celui-ci est en outre équipé d'au moins un outillage formant une jambe 28, 29 rigide par lequel le moteur repose sur la cellule; la base de la jambe prend appui sur un rail équipant la cellule, parallèle à l'axe 22, et sur lequel cette base peut glisser: la configuration illustrée figure 5 permet, après démontage des bielles 10, le glissement ultérieur du moteur 21 par ses jambes 28, 29 sur la cellule 26, selon l'axe 22, afin de désolidariser complètement le moteur de l'hélicoptère. 2872784 8 Le passage de la configuration illustrée figure 4 â celle illustrée figure 5 nécessite un démontage préalable de la liaison 25 par rapport au moteur, ainsi qu'un desserrage des liaisons de chaque bielle avec le moteur d'une part et la cellule d'autre part; ces liaisons consistent essentiellement en des boulons 31, 32 traversant les zones de ferrures en forme de chapes 33, 34 respectivement solidaires du moteur 21 et de la cellule 26, et s'étendant respectivement au travers de l'alésage 35, 36 de la rotule 15, 18 respectivement prévue â chaque extrémité de la bielle 10 (cf. figure 6). Par référence aux figures 1 â 3 particulièrement, la bielle 10 présente une symétrie par rapport â son axe longitudinal 12; la structure 20 déformable présente la forme d'un anneau allongé constitué de deux lames 37, 38 cintrées identiques, en forme de U qui se font face; ces lames en U s'étendent selon un axe transversal 19, de part et d'autre de l'axe longitudinal 12 de la bielle, sont réunies par les extrémités de leurs branches et relient les deux portions 13, 17 d'extrémité du corps 11 de la bielle 10. Chacune des deux lames, tel que celle repérée 37, comporte deux portions ou branches 37a et 37b qui s'étendent de part et d'autre de l'axe 19 et sont réunies par la base 37c du U; chaque branche présente une portion centrale de moindre épaisseur 37d, cette épaisseur étant notamment inférieure â celle de la portion 37c d'extrémité transversale. Les extrémités des branches en regard deux â deux se rejoignent par un pont 39, 40 respectivement, qui s'étend en travers de l'axe 12; chaque pont présente une surface plane d'appui 43, 44 perpendiculaire â l'axe 12, ces deux surfaces se faisant face. Entre le pont supérieur 40 et l'extrémité supérieure 13 est prévue une cavité 42; de la même façon, une cavité 41 s'étend entre le pont inférieur 39 et l'extrémité inférieure 17 de la bielle; les ponts sont traversés par un alésage 45 longitudinal dans lequel s'étend un arbre 46 (ou guide ou tige) en acier inoxydable, avec un faible jeu. L'extrémité supérieure de l'arbre 46 est filetée et reçoit un écrou 47 immobilisé par une goupille 48 et s'étendant dans la cavité 42; l'extrémité opposée de l'arbre 46 s'étend dans un alésage longitudinal 49 percé dans une région 50 de la partie 17 d'extrémité inférieure de la bielle qui s'étend entre la cavité 41 et la rotule inférieure 18. L'alésage 49 est prolongé par un autre alésage 49a d'axe 12 pour permettre la mise en place de l'arbre dans les alésages 45 et 49, avant mise en place de la rotule 18 dans son logement. L'arbre 46 est immobilisé en place par une seconde goupille 51 d'axe orthogonal au plan de la figure 1. La partie de l'arbre 46 qui s'étend dans la cavité 41 présente un renflement 53 de sorte que le diamètre de cette partie de l'arbre est supérieur â celui de l'alésage 45. Lorsque la bielle 10 est soumise à des efforts de compression tendant à rapprocher les rotules 15, 18 l'une de l'autre selon l'axe 12, les branches des lames fléchissent, les lames 37, 38 se pincent et les surfaces 43 et 44 se rapprochent. Dans le cas d'une traction, les mouvements sont inversés. La structure élastique en anneau est protégée à l'écrasement par une mise en butée: les deux faces 43 et 44 viennent en butée l'une contre l'autre à partir d'une accélération déterminée, par exemple de 2g; l'anneau n'est plus sollicité à l'écrasement, les efforts sont transmis alors directement par la bielle support, du moteur vers la structure de l'appareil ou inversement. Le guide 46 permet de maintenir dans l'axe 12 les deux parties souples de l'anneau en cas de sollicitation radiale ou transversale. En cas de crash , la masse du moteur génère un effort qui se consomme partiellement par déformation de l'anneau travaillant en compression jusqu'au contact de la butée 43, 44 puis se transmet à la structure. 2872784 10 L'effort de réaction de la structure renvoie la masse du moteur en sens opposé et les supports entrent en action, cette fois-ci la bielle et l'anneau travaillant en traction pour retenir le moteur dans sa montée. L'activation successive des deux butées en extension correspondant à deux niveaux de choc distincts s'effectue de la façon suivante: une surface d'appui 52 du pont 40 qui s'étend autour de l'alésage 45 et en regard de la base de l'écrou 47, vient en contact sur l'écrou et tire la tige 46 (vers l'extrémité supérieure de la bielle) qui cisaille dans un premier temps la goupille 51 en consommant une partie de l'énergie du choc. Puis le renflement 53 de la tige 46 vient s'emmancher en force dans la partie inférieure de l'alésage 45 percée dans le pont 39 du support 10 du moteur, en consommant une partie supplémentaire de l'énergie du choc; simultanément, l'anneau 20 est sollicité et se déforme en traction; cette déformation consomme aussi de l'énergie et peut se poursuivre jusqu'à rupture du corps de bielle. En cas de rupture d'une des deux lames 37, 38 de la bielle, les butées 43, 44 viennent en contact et l'arbre 46 maintient les deux extrémités de la bielle alignées; l'efficacité de la suspension est alors amoindrie mais la sécurité est assurée puisque le moteur est maintenu en position. 11 REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) de suspension d'un moteur (21) â une cellule (26) d'aéronef â voilure tournante caractérisé en ce qu'il comporte une structure (20) déformable séparant deux zones d'attache (13, 17) du dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la structure (20) est sensiblement élastiquement déformable et comporte plusieurs lames (37, 38) . 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel la structure déformable est essentiellement métallique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 3 dans lequel la structure déformable comporte au moins une partie en forme de U ou diapason susceptible de se pincer en provoquant un raccourcissement du dispositif sous l'action d'efforts de compression longitudinale. 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel la structure déformable est en forme d'anneau s'étendant transversalement par rapport â un axe longitudinal (12) du dispositif reliant les deux zones d'attache du dispositif. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 5, dans lequel la structure (20) déformable présente une raideur longitudinale inférieure ou égale â 1500 Newton/millimètre, et en particulier située dans une plage allant de 500 N/mm â 1000 N/mm. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 6 qui 25 comporte un pivot (15, 18) dans chacune de ses deux zones d'attache qui sont rigides. 8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel chaque pivot est en forme de rotule sphérique. 2872784 12 9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel les axes (60, 61) des rotules sont orthogonaux â l'axe longitudinal du dispositif qu'ils croisent et sont orthogonaux â l'axe transversal (19) le long duquel s'étendent les lames (37, 38) de la structure élastiquement déformable. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 9, dans lequel la structure déformable relie deux parties (13, 17) d'extrémité du dispositif, chacune de ces parties comportant l'une desdites zones d'attache, ledit dispositif comportant en outre un moyen (45, 46) de guidage mutuel de ces deux parties lors de leur déplacement relatif en translation selon l'axe (12) du dispositif. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel ledit moyen de guidage mutuel comporte un arbre ou guide (46) et un orifice ou alésage (45) recevant l'arbre ou guide â coulissement selon l'axe longitudinal (12). 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 11 15 qui comporte une butée (43, 44) en compression limitant son raccourcissement par déformation de la structure déformable (20). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 â 12 qui comporte une butée (45, 47, 52, 53) en extension limitant son allongement. 14. Dispositif selon la revendication 13 qui comporte deux butées en extension limitant l'allongement du dispositif par déformation de la structure déformable â deux valeurs d'allongement distinctes. 15. Dispositif selon la revendication 14 qui comporte une structure fusible (51) présentant une zone de moindre résistance et susceptible de permettre l'activation de la butée (45, 53) en extension correspondant â la plus grande valeur des deux valeurs d'allongement. 16. Système de suspension d'un moteur (21) d'entraînement d'un rotor à la cellule (26) d'un aéronef à voilure tournante, qui comporte au 2872784 13 moins deux dispositifs (10) selon l'une quelconque des revendications 1 â 15. 17. Système selon la revendication 16 qui comporte en outre une liaison articulée (25, 27) avec une boîte de transmission (24) entraînée par 5 le moteur, en particulier une liaison â cardan. 18. Système selon la revendication 16 ou 17 dans lequel chaque dispositif comporte une rotule (15, 18) dans chacune de ses zones d'attache, et chaque dispositif ou bielle support est fixé(e) au moteur par sa rotule supérieure (15), dans un plan vertical (30) contenant le centre de gravité (23) du moteur, ou â proximité immédiate de ce plan, et dans lequel le dispositif ou bielle support est en outre fixé(e) â la cellule par sa rotule inférieure (18), en un point tel que son axe longitudinal (12) puisse prendre deux positions faiblement inclinées et disposées de part et d'autre de ce plan vertical.