Brevet FR2890937A1 — publié le 20070323

Rotor de giravion à pales articulées en battement et en traînée. La présente invention est relative à un rotor de giravion à pales articulées en battement, en traînée et en pas. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication d'hélicoptères. La présente invention est plus particulièrement relative à un rotor de giravion comportant au moins deux pales articulées en battement et en traînée par rapport au moyeu du rotor, ainsi que des moyens d'amortissement prévus pour amortir les oscillations des pales (par rapport au moyeu) qui s'effectuent selon un axe d'articulation de la pale en traînée , c'est-à-dire un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal de l'arbre du rotor. L'invention s'applique au rotor principal d'avance et de sustentation d'un giravion ainsi qu'au rotor anti-couple ou rotor de queue d'un 15 giravion. Les oscillations en traînée d'une pale articulée d'un rotor de giravion sont généralement peu amorties et s'effectuent selon une fréquence basse; il en résulte un risque de couplage avec d'autres oscillations ou vibrations de fréquences voisines, en particulier avec des modes propres de déformation de la structure du giravion; ces couplages risquent d'endommager ou détruire des organes du giravion; ces oscillations provoquent des sollicitations ou efforts inutiles importants. Les rotors de giravion sont en conséquence généralement équipés de moyens d'amortissement de ces oscillations, qui sont généralement 25 qualifiés d'amortisseurs de traînée ou d'adaptateurs de fréquence. Ces moyens d'amortissement ont pour but de réduire l'amplitude des oscillations de traînée en dissipant une partie de l'énergie de ces oscillations; lorsque ces moyens d'amortissement présentent une raideur non négligeable, cette raideur provoque une variation de la fréquence de réponse de l'ensemble constitué par la pale articulée et son amortisseur de traînée, ce dont résulte l'appellation adaptateur de fréquence . Par la suite, on utilise indifféremment les termes amortisseur ou adaptateur pour désigner un dispositif ou système permettant de réduire ou adapter l'amplitude des oscillations de traînée de la pale articulée. De tels amortisseurs comportent généralement une structure en matériau polymère présentant une capacité élevée de déformation élastique qui est habituellement désignée par élastomère ou caoutchouc synthétique . De tels amortisseurs sont notamment décrits dans les brevets FR 2063969, FR 2111845, FR2127061, FR 2672947, FR 2677723 et WO 9415113. Un rotor de giravion comporte généralement autant d'amortisseurs de traînée que de pales; lorsque l'amortisseur de traînée relie une pale au moyeu du rotor, la fixation de l'amortisseur à la pale et la fixation de l'amortisseur au moyeu sont réalisées dans des portions renforcées - de la pale et respectivement du moyeu - à cet effet; il en résulte un rotor de masse, complexité, et coût augmentés. Lorsque l'amortisseur - alors qualifié d'interpale - relie deux pales adjacentes du rotor, chaque pale doit comporter deux portions renforcées pour la fixation respective de deux adaptateurs. Dans ce cas, par ailleurs, les amortisseurs de traînée ne peuvent pas amortir les oscillations de traînée des pales correspondant à un mode de traînée collectif dans lequel les oscillations des pales sont synchrones et en phase, puisqu'alors les déplacements relatifs entre les pales sont nuls. Le mode de traînée collectif n'étant ni retenu ni amorti, il en résulte un risque plus élevé de couplage avec la chaîne de puissance (rotor boite de transmission principale - moteurs), et la nécessité d'installer des butées 2890937 3 de traînée sur le moyeu pour limiter le débattement des pales lors des démarrages et arrêts du rotor. Il a par ailleurs été décrit dans le brevet US 5372478 un rotor comportant un unique assemblage d'amortisseurs contenus dans une enveloppe au centre du moyeu creux du rotor. L'assemblage comporte une série de couches d'élastomère alternées avec des plaques; l'élastomère est sollicité en cisaillement; chaque plaque est reliée par une courte bielle à l'extrémité interne de la pale correspondante; l'enveloppe - ainsi que l'assemblage d'amortisseurs - est soit rigidement fixée au moyeu, soit montée pivotante par rapport à celui-ci, soit montée flottante, suspendue aux extrémités des pales. Un tel système d'amortissement présente l'inconvénient d'être sensible aux oscillations des pales en battement. Un objectif de l'invention est de proposer des moyens d'amortissement en traînée des oscillations des pales articulées d'un rotor de giravion, qui soient améliorés et/ou qui remédient, en partie au moins, aux inconvénients des moyens connus d'amortissement en traînée. Ainsi, l'invention s'applique à un rotor de giravion comportant un moyeu, au moins deux pales articulées par rapport au moyeu selon un axe de pas, selon un axe de battement, et selon un axe de traînée, ces trois axes coïncidant généralement en un centre d'articulation de la pale; chaque pale est solidaire d'un levier de pas; le rotor comporte, pour chaque pale, une bielle de commande de pas reliée au levier de pas par une première rotule, ainsi qu'un système d'amortissement en traînée sensiblement centré sur l'axe de rotation du rotor et relié à chacune des pales; conformément à un aspect de l'invention, le système d'amortissement en traînée est fixé à une saillie latérale respective de chaque pale par une seconde rotule proche de la première rotule reliant la bielle de pas au levier de pas. L'invention s'applique en particulier aux rotors comportant trois pales, quatre pales, ou cinq pales articulée. Grâce à la liaison par rotule et à la proximité entre les deux rotules, le système d'amortissement en traînée est peu sensible - sinon insensible aux oscillations de battement de la pale articulée; il en résulte qu'il est soumis à de faibles efforts parasites, son encombrement est réduit et son efficacité pour la réduction des oscillations en traînée est améliorée. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le système d'amortissement est fixé à l'extrémité libre du levier de pas équipant chaque pale, par ladite seconde rotule; en particulier, la rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la structure commune et centrale d'amortissement en traînée, peut être adjacente (en particulier accolée) et coaxiale à la rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la bielle de commande de pas. De préférence également, la rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la structure commune et centrale d'amortissement en traînée est disposée entre une butée sphérique reliant la pale au moyeu et la rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la bielle de commande de pas. De préférence, le centre de la rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la structure commune et centrale d'amortissement en traînée, est situé au voisinage de l'axe reliant le centre d'une butée sphérique d'articulation de la pale au centre de la rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la bielle de commande de pas; en particulier, le centre de la seconde rotule est situé sur cet axe. 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. La figure 1 est une vue de dessus schématique d'un moyeu de rotor de giravion équipé d'un dispositif central d'amortissement selon l'invention pour l'amortissement des oscillations de traînée de quatre pales reliées au moyeu par leur pied respectif. La figure 2 est une vue de dessus schématique du dispositif d'amortissement équipant le rotor de la figure 1, et la figure 3 est une vue de côté - selon III - du dispositif de la figure 2. Les figures 4 et 5 sont des vues similaires à celle de la figure 1, qui illustrent le fonctionnement de l'amortisseur central de traînée. La figure 6 est une vue de côté schématique d'un autre mode de réalisation d'un amortisseur central selon l'invention. La figure 7 est une vue de dessus schématique d'encore un autre mode de réalisation d'un amortisseur central selon l'invention. La figure 8 est une vue de dessus schématique d'encore un autre mode de réalisation d'un amortisseur central selon l'invention. La figure 9 est une vue de dessus schématique partielle montrant l'intégration d'un amortisseur selon l'invention à un rotor de giravion. La figure 10 est une vue de dessus schématique illustrant la liaison mécanique entre un amortisseur et un levier de pas d'une pale de rotor, conformément à un mode préféré de réalisation de l'invention. Sur les giravions, la réponse en traînée des pales est positionnée sur une fréquence basse et elle est généralement peu amortie. Il en résulte des risques de couplages avec d'autres fréquences (fréquences propres de structure en particulier) qui augmentent le niveau de sollicitation des constituants du rotor et sont susceptibles de les endommager ou les détruire. La maîtrise de l'amplitude de cette réponse se fait classiquement au moyen d'amortisseurs qui dissipent une partie de l'énergie du mode de traînée et amortissent ainsi la réponse de la pale, ou au moyen d'adaptateurs de fréquence qui, par leur raideur additionnelle, déplacent la fréquence de réponse du système global pale/adaptateur, tout en remplissant une fonction d'amortissement. 2890937 6 Bien qu'applicable aux amortisseurs comme aux adaptateurs (globalement désignés par dampers en anglais) la présente invention se rapporte plus particulièrement aux adaptateurs comportant un matériau élastomère amortissant. La solution décrite ci-après permet de remédier aux limitations des adaptateurs interpales et des adaptateurs pale/moyeu, et présente des avantages supplémentaires - par rapport aux solutions classique ou interpale, l'invention permet de réduire le nombre de composants: pour un rotor quadripale, par exemple, il n'y a plus qu'un seul adaptateur au lieu de quatre; le nombre de rotules est limité (à 4 au lieu de 8 pour un rotor quadripale) puisque l'adaptateur n'est relié qu'aux pales; cette diminution du nombre de pièces permet la réduction du coût, de l'encombrement et des perturbations aérodynamiques; - le nombre de zones à renforcer sur le rotor est sensiblement réduit, par rapport aux montages habituels entre pale et moyeu ou entre pales; - en outre, l'élastomère de cet adaptateur pouvant dans certaines configurations être moulé en une seule opération, ses caractéristiques de raideur et d'amortissement sont plus homogènes que celles d'adaptateurs réalisés individuellement; cette homogénéité favorise la réduction du balourd du rotor; - l'adaptateur étant intégré au centre du moyeu, il se trouve protégé et moins exposé aux agressions environnementales et aux risques de dégradation accidentelle. Ce dispositif reste compatible avec l'installation de commandes de vol ou d'un collecteur de mesure ou de dégivrage - passant au centre du moyeu, lorsque l'adaptateur présente un évidement permettant le passage de ces équipements. La description qui suit concerne particulièrement un rotor de queue quadripale mais reste applicable à d'autres types de rotors principaux ou arrière de giravions. Par référence aux figures 1 à 5, l'invention s'applique en particulier à un rotor 11 de giravion dont le moyeu comporte une couronne circulaire 13 d'axe 12; l'axe 12 est un axe de symétrie générale du moyeu. Le rotor comporte quatre pales 14 à 17 s'étendant respectivement selon des axes 14a à 17a, à partir du moyeu; chaque pale est reliée au moyeu par une butée sphérique lamifiée 18 à 21. L'extrémité interne ou pied 22 à 25 de chaque pale présente une partie saillante latéralement (levier de pas) à laquelle est fixée une bielle de commande de pas, par l'intermédiaire d'une rotule 65(voir figures 9 et 10 en particulier). L'amortisseur de traînée 30 est fixé à une saillie latérale 26 à 29 respective du pied 22 à 25 de chacune des pales, par l'intermédiaire d'une articulation 31 à 34 à rotule. Dans le mode de réalisation illustré figures 1 à 5, l'amortisseur présente en vue de dessus une structure en forme de cadre carré ; chaque côté ou montant de ce cadre forme une unité d'amortissement; dans ce mode de réalisation, l'amortisseur 30 est formé par la liaison deux à deux de ces quatre unités d'amortissement identiques 30a à 30d. Par référence à la figure 3 en particulier, l'unité d'amortissement 30a comporte deux armatures externes 40, 41 entre lesquelles s'étend une armature interne 42; les armatures 40 à 42 sont en forme de plaques planes de forme rectangulaire allongée, et s'étendent parallèlement les unes aux autres; ces armatures s'étendent perpendiculairement à l'axe 35 (figure 2) de symétrie de l'amortisseur, cet axe étant en position de montage de l'amortisseur, sensiblement confondu avec l'axe 12 (figure 1) du moyeu. Une première couche 43 d'élastomère relie la face supérieure de l'armature 40 à la face inférieure de l'armature 42, tandis qu'une seconde couche 44 d'élastomère relie la face supérieure de l'armature 42 à la face inférieure de l'armature 41. L'extrémité externe (saillante) 42a de l'armature interne 42 de l'unité 30a est rigidement solidaire de l'extrémité 45 de l'unité 30b adjacente. Les armatures 40 et 41 de chaque unité d'amortissement sont rigidement liées entre elles à leur seconde extrémité commune 45. L'extrémité 42a de l'armature 42 est également rigidement solidaire d'une rotule 33 de liaison avec le pied de la pale correspondante (repère 16 figure 1) ; cette liaison peut être réalisée par emmanchement de la rotule 33 sur un arbre s'étendant selon un axe 33a (figure 2 et 10), cet arbre étant solidaire d'un levier de pas 28 faisant saillie à partir du pied 24 de la pale 16; la liaison entre l'amortisseur 30 et les pales 14, 15, 17 est respectivement obtenue par une rotule 31, 32, 34 rigidement solidaire de l'extrémité de l'armature interne (telle que 42) des unités 30c, 30d, 30b d'amortissement de la structure 30. Dans les différents modes de réalisation, les centres d'articulation respective des rotules de liaison de l'amortisseur aux pales sont sensiblement coplanaires. L'adaptateur central unique et ses liaisons aux pales présentent les caractéristiques suivantes: - chaque pale est reliée à une armature de l'adaptateur au moyen d'une seule rotule, - chacune de ces armatures est reliée à deux armatures adjacentes par l'intermédiaire d'un matériau (visco-élastique de préférence) ou d'un dispositif apportant la raideur et l'amortissement souhaités; cette liaison peut être directe, comme illustré figure 1 à 3 en particulier, ou indirecte, comme illustré figures 6 à 8 où au moins une armature liée à une pale est reliée aux armatures adjacentes par l'intermédiaire d'une armature commune unique; - le point d'attache des armatures est choisi de façon à minimiser les débattements associés au pas et au battement de la pale; de préférence, les rotules sont positionnées sur les leviers de pas pour qu'elles ne subissent pratiquement que le mouvement de traînée (cyclique et collectif) des pales; - le positionnement de l'adaptateur et des rotules de liaison aux pales est tel que l'adaptateur soit sollicité non seulement par les mouvements cycliques de traînée des pales mais aussi par le mode de traînée collectif. Pour cela, une partie au moins des efforts introduits dans deux armatures adjacentes sont de préférence sur une même ligne d'action et de sens opposé. La géométrie des armatures des dispositifs d'amortissement illustrés figures 1 à 6 est conçue pour que le cisaillement de l'élastomère se fasse dans un plan horizontal (perpendiculaire à l'axe 12) ; pour les amortisseurs illustrés figures 7 et 8 notamment, le cisaillement de l'élastomère peut se faire dans un plan vertical ou horizontal, ou bien cylindriquement (comme dans les adaptateurs interpale cylindriques). Le fonctionnement de l'amortisseur des figures 1 à 5 en traînée cyclique est schématisé figure 4, tandis que son fonctionnement en traînée collective est schématisé figure 5. Par référence à la figure 4, dans ce mode de sollicitation, deux pales opposées (14 et 16 sur les dessins) sont animées d'un mouvement dans la même direction (illustré par les deux flèches interrompues), tandis que les deux autres pales (15 et 17) sont sensiblement immobiles. L'élastomère est alors cisaillé entre les armatures immobiles et les armatures en mouvement: le mouvement de la pale 16 tend à raccourcir les unités 30a et 30b, tandis que celui de la pale 14 tend à allonger les unités 30c et 30d. La figure 5 montre comment l'adaptateur est sollicité par une partie des efforts introduits par le mouvement de traînée collectif des pales (c'est à dire quand toutes les pales se déplacent dans le même sens). Le déplacement en traînée de la pale 17, par exemple, produit une rotation de la saillie 29 autour de la butée sphérique 21 et introduit par la rotule 34 une sollicitation de l'adaptateur. Cette sollicitation peut se décomposer en deux efforts de compression (longitudinale) respective des unités 30c et 30b. En appliquant la même constatation à la pale 16, on constate que l'unité 30b est sollicitée par deux efforts longitudinaux de sens opposé. Le même raisonnement s'applique aux autres pales 14 et 15 ainsi qu'aux autres unités d'amortissement 30a, 30c et 30d. Une telle structure d'amortissement permet donc de traiter aussi le mode collectif de traînée. Dans le mode de réalisation correspondant aux figures 6 et 9, l'amortisseur 30 comporte quatre armatures planes 50 à 53 superposées selon l'axe 35, de forme générale carrée, et reliées deux à deux par une couche respective d'élastomère 54 à 56; une saillie latérale (telle que 500 figure 9) sur chaque armature reçoit une rotule (telle que 31) de liaison à la pale correspondante. L'armature externe 50 comporte deux plaques rigides 50a et 50c qui sont rigidement solidaires l'une de l'autre par l'intermédiaire d'une liaison rigide 50b solidaire de la saillie 500 portant la rotule 31; les plaques 50a et 50c sont reliées aux armatures 51, 53 adjacentes par deux couches d'élastomère respectives 54 et 57. Cette variante de réalisation est de préférence percée d'un évidement central selon l'axe 12,35. Par référence à la figure 9, le centre 60 d'articulation de la rotule 31 de liaison entre la pale 14 et l'amortisseur 30, est situé à une distance 62 de l'axe 61 passant par le centre 63 d'articulation d'une rotule 65 de la liaison d'une bielle de commande de pas au levier 26 de pas, et passant par le centre 64 d'articulation de la pale 14 au moyeu 13 (par la butée sphérique). De préférence, cette distance 62 est inférieure à la distance séparant lesdits centres 63 et 64 d'articulation, l'idéal étant d'annuler cette distance 62 pour filtrer en totalité les mouvements de battement qui perturbent le fonctionnement de l'adaptateur. L'axe 61 est l'axe de pivotement de la pale lorsqu'elle est soumise à une sollicitation en battement, les centres de rotation 63 et 64 étant fixes en l'absence de commande de variation de pas. Dans la variante de réalisation illustrée figure 7, l'amortisseur 30 présente une unique armature centrale interne 70 cruciforme à quatre bras, ainsi que quatre armatures externes 71 à 74 respectivement équipées d'une rotule 31 à 34 de liaison à l'une des pales de rotor; une couche d'élastomère (telle 75) relie respectivement les armatures 71 à 74 à l'un des bras de l'armature commune 70 qui est de préférence flottante (désolidarisée) par rapport au moyeu. Cette variante de réalisation peut être percée d'un évidement central selon l'axe 12,35. Selon la variante illustrée figure 8, les armatures flottantes 81 à 84 sont externes aux armatures 71 à 74 internes et aux couches d'élastomère 75; seule une portion de chaque armature interne portant respectivement les rotules 31 à 34 de liaison, fait saillie hors des armatures 81 à 84. Dans un mode de réalisation particulier, les armatures 81 à 84 sont rigidement liées entre elles pour ne constituer qu'une armature unique. Cette variante de réalisation peut être percée d'un évidement central selon l'axe 12,35. Dans le mode de réalisation illustré figure 10, la rotule 33 de liaison de l'amortisseur 30 à la pale 16, et la rotule 65 de liaison d'une bielle de commande de pas à cette pale, sont montées adjacentes à l'extrémité du levier de pas 28 de la pale 16, selon un axe commun 33a, et sont sensiblement accolées l'une à l'autre. De préférence, l'axe 33a est confondu avec l'axe 61 illustré figure 9. REVENDICATIONS 1. Rotor (11) de giravion comportant un moyeu (13), au moins deux pales (14 à 17) articulées par rapport au moyeu selon un axe de pas (14a à 17a), selon un axe de battement, et selon un axe de traînée, ces trois axes coïncidant en un centre d'articulation (64) de la pale, chaque pale étant solidaire d'un levier de pas (26 à 29), le rotor comportant, pour chaque pale, une bielle de commande de pas reliée au levier de pas par une première rotule (65), ainsi qu'un système (30) d'amortissement en traînée sensiblement centré sur l'axe de rotation (12) du rotor et relié à chacune des pales, caractérisé en ce que le système d'amortissement en traînée est fixé à une saillie latérale respective de chaque pale par une seconde rotule (31 à 34) suffisamment proche de la première rotule reliant la bielle de pas au levier de pas pour que le système d'amortissement en traînée soit peu sensible - sinon insensible - aux oscillations de battement de la pale articulée. 2. Rotor selon la revendication 1 dans lequel le système d'amortissement est fixé à l'extrémité libre du levier de pas équipant chaque pale, par ladite seconde rotule. 3. Rotor selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la seconde rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la structure commune et centrale d'amortissement en traînée, est accolée à la première rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la bielle de commande de pas. 4. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la seconde rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la structure commune et centrale d'amortissement en traînée, est coaxiale à la première rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la bielle de commande de pas. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la seconde rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la structure commune et centrale d'amortissement en traînée est disposée entre une butée sphérique (18 à 21) reliant la pale au moyeu, et la première rotule de liaison articulée entre le levier de pas et la bielle de commande de pas. 6. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le centre (60) de la seconde rotule (31 à 34) est situé au voisinage de l'axe (61) reliant le centre (64) d'une butée sphérique d'articulation de la pale au centre (63) de la première rotule de liaison. 7. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel les centres d'articulation respective des secondes rotules de liaison de l'amortisseur aux pales sont coplanaires. 8. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel chaque pale est reliée à une armature de l'amortisseur (30) au moyen d'une seule rotule rigidement solidaire de l'armature de l'amortisseur. 9. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel l'amortisseur (30) comporte des armatures dont chacune est reliée, directement ou indirectement, à deux armatures adjacentes par l'intermédiaire d'une couche d'un matériau visco-élastique sollicitée en cisaillement. 10. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel le positionnement de l'adaptateur et des rotules de liaison aux pales est tel que l'adaptateur est sollicité par le mode de traînée collectif. 11. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel l'amortisseur (30) est formé par la liaison deux à deux de plusieurs unités d'amortissement identiques (30a à 30d) formant un cadre, chaque unité d'amortissement comportant deux armatures externes (40, 41) entre lesquelles s'étend une armature interne (42), les armatures (40 à 42) étant en forme de plaques planes de forme rectangulaire allongée et s'étendant parallèlement les unes aux autres, une première couche (43) d'élastomère reliant la face supérieure de l'armature (40) à la face inférieure de l'armature (42), tandis qu'une seconde couche (44) d'élastomère relie la face supérieure de l'armature (42) à la face inférieure de l'armature (41), l'extrémité externe saillante (42a) de l'armature interne de chaque unité étant rigidement solidaire de l'extrémité (45) de l'unité adjacente, et rigidement solidaire d'une rotule (33) de liaison avec le pied de la pale correspondante. 12. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel l'amortisseur 30 comporte des armatures planes (50 à 53) superposées selon un axe (35), de forme générale carrée, reliées deux à deux par une couche respective d'élastomère (54 à 56), une saillie latérale (500) sur chaque armature recevant une rotule de liaison à la pale correspondante. 13. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel l'amortisseur (30) présente une unique armature centrale interne (70) comportant plusieurs bras, ainsi que des armatures externes (71 à 74) respectivement équipées d'une rotule (31 à 34) de liaison à l'une des pales de rotor, une couche d'élastomère (75) reliant respectivement les armatures (71 à 74) à l'un des bras de l'armature commune (71) qui est désolidarisée du moyeu. 14. Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel l'amortisseur (30) présente une armature commune flottante (80) externe aux armatures internes (71 à 74) et aux couches d'élastomère (75), seule une portion de chaque armature interne portant respectivement les rotules (31 à 34) de liaison, faisant saillie hors de l'armature commune flottante (80).